Новое немецкое наступление началось ранним утром 15 августа с двухчасовой артиллерийской и авиационной подготовки. Советские пехотинцы на направлении главного удара противника оказали ожесточенное сопротивление, скрывшись в балках во время танковой атаки: они пропустили немецкие танки и атаковали следовавшие за ними части. Танкам пришлось возвращаться для подавления оставшихся очагов сопротивления. Однако чуда не произошло, и в конечном итоге слабый центр обороны 4-й танковой армии был прорван. Немногочисленные танки 182-й танковой бригады, выдвинутые навстречу немецкому наступлению, вскоре были перебиты. Уже в середине первого дня немецкого наступления порядки армии Крюченкина были рассечены надвое танковым ударом. Усугублялась ситуация ударом на левом фланге армии немецкого XXIV танкового корпуса (76-я и 295-я пд) вдоль Дона. В 17.00 15 августа под нажимом немецкой пехоты начался беспорядочный отход 184-й и 18-й стрелковых дивизий к Трехостровной. К полуночи 60-я моторизованная дивизия вышла к переправе у Сиротинской. 16 августа 16-я танковая дивизия прорвалась к Дону у Ниж. Акатова, а во второй половине дня — к переправе у Трехостровной, лишив отходящие советские части возможности организованно переправиться через реку. Переправу через Дон у Трехостровной удалось частично разрушить, уже когда по ней неслись немецкие бронетранспортеры. Также немцами были занят плацдарм на восточном берегу Дона в районе Акатова, но впоследствии он был эвакуирован.
В сущности, 4-я танковая армия в августе 1942 г. наглядно продемонстрировала, что произошло бы, не окажись в излучине Дона танковых армий в июле месяце. С оперативной точки зрения положение дивизий армии Крюченкина на 15 августа повторяло построение 62-й армии к 23 июля. Перед нами несколько стрелковых дивизий, вытянутых в линию, опирающуюся флангами на Дон. Соответственно, немцы наносят удар и сразу же прорываются к основным переправам. Отрезанные от переправ стрелковые части окружаются или расплющиваются о берег Дона. Стандартного сценария «немцы вколачивают клин, танковые корпуса осыпают его ударами, время тикает» в ходе ликвидации Сиротинского плацдарма не было. События развивались с ужасающей стремительностью.
Быстрый развал обороны 4-й танковой армии сорвал сосредоточение 1-й гвардейской армии. Две ее дивизии попали под удар и понесли большие потери. Так, по состоянию на 18 августа 39-я гв. стрелковая дивизия насчитывала 10 721 человека, а на 20 августа — 4158 человек[129]. 40-я гв. стрелковая дивизия пострадала в меньшей степени: на 25 августа она насчитывала 8319 человек