Дождавшись, когда все подвижные войска Буша будут введены на плацдарм на восточном берегу Двины, русские нанесли танковыми армиями два концентрических удара с форсированием Двины и замкнули кольцо окружения вокруг войск 16-й армии, расположенных на восточном берегу. Попытка прорвать кольцо окружения не удалась. Гитлер категорически запретил прорыв отрезанных войск из котла. В конце ноября обе стороны перешли к обороне. Перед Бушем снова встала задача снабжения окруженных группировок.
Русские продолжили свое общее контрнаступление на Украине. 11 ноября перешли в наступление войска Штерна. Как и четырьмя днями ранее в Белоруссии, после мощных авиационных и артиллерийских ударов две танковые армии, вооруженные новейшими танками Т-34, прорвали фронт группы армий «Юг» у Новоград-Волынска и у Летичева. Противник, имея подавляющее превосходство в авиации и танках, снова нанес концентрические удары, имея цель окружить большую часть войск Рейхенау.
Командующий группой армий «Юг» имел в резерве лишь три пехотные дивизии и три охранных корпуса, занимавшихся борьбой с партизанами и рассредоточенных по большой территории. Северная группировка русских на второй день после прорыва фронта 6-й армии генерала Паулюса подошла к довольно крупной реке Горынь, за которой Рейхенау успел сконцентрировать неполную охранную дивизию. Неокрепший еще лед не держал танки и автомобили, что позволило обороняющимся отбить атаки пехоты. На следующий день подошли еще два охранных полка, однако русские подтянули артиллерию и сбили храбро сражавшуюся дивизию с позиции. Эта задержка позволила Рейхенау сконцентрировать перед городом Ровно одну охранную дивизию, которая задержала русских еще на один день.
Перед городом Дубно командующий развернул вдоль реки Иква две резервные пехотные и две охранные дивизии, успевшие подготовить полевые укрепления. В упорном бою на рубеже Дубно – Кременец танковая армия русских была остановлена. Позднее там развернулись еще две пехотные дивизии, переданные группе армий из резерва Главного командования.
Южная группировка русских, прорвав фронт 17-й армии фон Линдемана на участке, занятом итальянскими дивизиями, беспрепятственно продвигалась на запад и заняла Проскуров и Волочиск. Перед Волочиском командующий группой армий «Юг» Рейхенау успел сконцентрировать охранную дивизию, которая задержала русских на один день.
Когда на пятый день наступления танки противника подошли к Тернополю, Рейхенау сосредоточил за небольшой рекой Серет одну пехотную и две охранные дивизии. Продвижение танковой армии было остановлено. 16 ноября, использовав две переданные ему из резерва ВГК танковые дивизии, Рейхенау нанес контрудар от Ярмолина на Проскуров и перерезал коммуникации южной армии русских. В ответ Штерн ввел в сражение у Проскурова сразу четыре танковые и четыре моторизованные дивизии, которые в ожесточенном сражении восстановили прерванную коммуникационную линию. За это время Рейхенау подтянул к Тернополю еще две охранные дивизии и прибывшую из резерва пехотную.