Появление новой техники отмечалось командирами наших танковых соединений. В частности, командир 18-го танкового корпуса И.П.Корчагин в отчете по итогам июльских и августовских боев писал: «В боях под Воронежем противник наиболее эффективно применил подвижную противотанковую оборону, использовав для этой цели самоходные бронированные машины, вооруженные 75-мм орудиями, стреляющими болванкой с зажигательной смесью. Эта болванка пробивает броню всех марок наших машин. Подвижные орудия противник применяет не только в обороне, но и при наступлении, сопровождая ими пехоту и танки» (ЦАМО Ф.18тк, оп.1, д.22, л.13).
Точку в организации контрудара группы Я.Н.Федоренко поставило наступление 6-й армии Ф.Паулюса на правом крыле Юго-Западного фронта. Перейдя в наступление утром 30 июня из района Волчанска, 6-я армия прорвала оборону в стыке 21-й и 28-й армий. Развивая наступление на северо-восток, VIII армейский и XXXX моторизованный корпуса к вечеру 2 июля выдвинулись на рубеж Скородное, Чернянка, р. Оскол. К исходу 2 июля обстановка на воронежском направлении резко ухудшилась. Войска левого крыла 40-й армии в составе трех дивизий и двух бригад оказались в окружении.
В район Воронежа из резерва Ставки ВГК также был направлен 18-й танковый корпус И.П.Корчагина. Одновременно было решено использовать для контрудара 5-ю танковую армию А.И.Лизюкова, перегруппировав ее из района Ефремова в район южнее Ельца для нанесения контрудара по флангу и тылу группировки немецких войск, наступавших на Воронеж. На усиление 5-й танковой армии Ставка ВГК дополнительно направила с Калининского фронта 7-й танковый корпус П.А.Ротмистрова.
С утра 3 июля противник продолжал развивать наступление. Армейская группа «Вейхс» главный удар наносила из района Касторное, Горшечное на Воронеж, выдвигая часть своих сил на рубеж Ливны, Тербуны. 6-я немецкая армия XXXX моторизованным корпусом развивала наступление из района Нового Оскола и Волоконовки в северо-восточном направлении.
Левофланговый XXIX армейский корпус 6-й немецкой армии двигался своими главными силами от Скородного на Старый Оскол, в районе которого он 3 июля соединился с частями 2-й венгерской армии, замкнув кольцо окружения вокруг шести дивизий левого фланга 40-й армии и правого фланга 21-й армии.
Войска 40-й и 21-й армий, попавшие в окружение, вынуждены были прорываться отдельными подразделениями и частями неорганизованно, при плохом обеспечении боеприпасами, при отсутствии единого командования окруженными войсками и при неудовлетворительном руководстве операцией со стороны командующих армиями.