Наступление 47-й армии привело к глубокому прорыву фронта 4-й танковой армии. 19 августа в КТВ OKW указывалось: «На участке фронта LII армейского корпуса в результате сильных ударов противника создалось критическое положение». Однако, несмотря ни на что, контрудар был продолжен. Немецкое командование считало, что оно успеет сомкнуть фланги 8-й и 4-й танковой армий до сползания ситуации к критической точке. После этого XXIV танковый корпус мог быть развернут для парирования наступления 47-й армии.
К тому времени танковая дивизия СС «Рейх» была сменена 223-й пехотной дивизией. Пользуясь случаем, следует отметить, что резервы получала не только советская сторона. Манштейн позднее писал: «До конца августа мы получили 9 пехотных и одну танковую дивизии». Именно эти резервы позволили командованию группы армий «Юг» стабилизировать ситуацию. Смена эсэсовских дивизий в первой линии на пехоту позволила ввести в бой под Котельвой полк «Дойчланд» и танковую боевую группу «Тишен» из состава «Рейха». Они приняли участие в контрударе совместно с «Мертвой головой». Атака нацеливалась навстречу группировке, наступающей от Ахтырки. 20 августа части дивизий «Великой Германии» и боевые группы эсэсовских соединений соединились в районе к северу от Колонтаева. Фланги 4-й танковой и 8-й армий сомкнулись.
В разведывательной сводке группы армий «Юг» указывалось: «На левом флаге 8 А в настоящий момент большая неразбериха. 4-й гв. тк, а также части 5-го гв. тк, отрезанные в результате атаки дивизии СС «Мертвая голова» и дивизии «Великая Германия», попытались прорваться в восточном направлении, но были отброшены на юг».
Подошедшие к полю сражения части 1-й танковой армии атаковали наступающие немецкие дивизии во фланг. Та же сводка группы армий «Юг» сообщала: «Крупные силы противника начали атаковать по фронту прикрытия в северо-восточном направлении (юго-вост. г. Ахтырка) с привлечением переброшенного с Орловской дуги 3-го гв. тк, 31-го тк, а также 7-й и 48-й гвардейских дивизий, переброшенных из района ГА «Север». Атаки были отражены. Одна только дивизия «Великая Германия» на этом участке подбила 100 танков противника». Тем не менее сильный нажим на XXIV танковый корпус позволил окруженным советским частям прорваться из окружения.
Заслон на пути прорыва 4-го гв. танкового корпуса у Колонтаева выставила дивизия СС «Мертвая голова». Имея превосходство как в людях, так и в технике, эсесовцы прочно закрепились в городе и его окрестностях. К Колонтаеву части 4-го гв. танкового корпуса подошли поздним вечером 20 августа. Как позднее отмечалось в отчете штаба корпуса: «Использовав внезапность, танки и самоходные орудия в течение первого получаса боя подожгли у противника 7 танков и много автомашин. Но обстановка сложилась не в пользу колонны частей корпуса, так как танки и артиллерия втянулись в улицу населенного пункта, где развернуться в процессе боя было очень трудно и вместе с этим у противника здесь уже было много танков, артиллерии, минометов, мотопехоты. Продолжая вести при свете пожаров ожесточенный уличный бой, часто переходящий в рукопашные схватки, отдельные группы бойцов под руководством офицеров ударами во фланг, обходя Колонтаев с севера и юга, начали обход группы танков и броневиков противника, скованной нашими танками и самоходными орудиями». Первым группам под прикрытием темноты удалось с потерями, но прорваться. С наступлением дня остальным подразделениям советского танкового корпуса пришлось разбиваться на мелкие отряды и просачиваться к своим по немецким тылам.