В то время как передовые части 6-й танковой дивизии вели бой с 4-м кавкорпусом и 85-й танковой бригадой, Котельниково подверглось опасности захвата ударом с севера. 302-я и 126-я стрелковые дивизии 51-й армии 3 декабря также пытались перейти в наступление. Однако их натиск был сдержан румынами и боевой группой фон Паннвица. Последняя контратаковала с использованием танков (из группы Сована).
Вторичный доклад утром 4 декабря командующему 51-й армией о необходимости отхода командир корпуса сделать не смог, так как в штабе армии ни командующего генерала Н. И. Труфанова, ни начальника штаба полковника А. М. Кузнецова не оказалось. Части корпуса еще в 19 часов 3 декабря получили приказание о продолжении наступления.
Однако противник также вынашивал наступательные планы. Прибытие эшелонов с танками позволило немцам еще ночью принять решение об ответном ударе. По мнению командования 6-й дивизии, гул танковых двигателей в Похлебине означал усиление гарнизона танками. Соответственно было решено атаковать как можно быстрее. Предположение это было неверное (помимо 85-й танковой бригады, никого не ожидалось), но ударная группировка была собрана и готова к бою еще до прибытия последних двух рот танкового полка дивизии Рауса.
Атака только что занятого кавалеристами и танкистами села не стала для немцев легкой прогулкой. Журнал боевых действий 11-го танкового полка свидетельствует: «Наступление медленно развивается силами II батальона. Батальон натолкнулся на фронте высот под Похлебином на плотный прицельный огонь хорошо замаскированных вражеских танков и противотанковых орудий. За короткое время прямыми попаданиями было уничтожено 3 танка в наступающей в центре 8-й роте. Танки взрывались. Горели также танки 2-й роты от попаданий в расположенные на корме танков баки из материала повышенной прочности с горючим. Командир 2-й роты вынужден был покинуть горящий танк и был тут же тяжело ранен. Из-за потери командира рота потеряла боеспособность»[312].
Однако массированная атака танков при поддержке артиллерии и мотопехоты на БТР принесла немцам успех. Впоследствии Эрхард Раус так описал бой своей 6-й танковой дивизии с окруженной 81-й кавалерийской дивизией и 85-й танковой бригадой: «К 10.00 судьба IV кавалерийского корпуса была решена. Уже не было никаких путей к отступлению; несмотря на это, окруженный противник оказывал ожесточенное сопротивление в течение нескольких часов. Русские танки и противотанковые орудия сражались с ротами 11-го танкового полка, катившимися вниз с холмов. Поток трассеров бронебойных снарядов непрерывно несся вверх и вниз, но вскоре все больше и больше трассеров летело вниз и все меньше и меньше в ответ им снизу. Один залп за другим обрушивался на Похлебин, поднимая султаны черной земли. Город начал гореть. Море огня и дыма скрыло страшный конец храброго гарнизона. Только отдельные выстрелы противотанковых пушек встретили наши танки, входящие в город. Следовавшие за нашими танками гренадеры были вынуждены использовать ручные гранаты, чтобы сломить сопротивление противника, упорно сражавшегося за каждый дом и траншею»