На второй день операции к наступлению присоединилась 28-я армия. После короткой артиллерийско-минометной подготовки в 7 часов части армии атаковали немецкие позиции, но лишь на отдельных участках незначительно продвинулись вперед.
8-я воздушная армия произвела за день 1105 самолето-вылетов, удерживаясь на достаточно высоком уровне активности.
За два дня напряженных боев на направлении главного удара войска Южного фронта преодолели противотанковый ров шириной 3,5 м, глубиной 2,5 м и на фронте шириной 22 км вклинились в оборонительную полосу противника на глубину от 2 до 6 км. Это было в несколько раз меньше запланированных темпов наступления.
Очередной день наступления не принес принципиального изменения обстановки, сражение неуклонно скатывалось в изнурительную позиционную битву. 28 сентября войска фронта в центре прорыва на участке Гендельберг, Пришиб, ведя ожесточенные бои с контратакующими танками и пехотой противника, на отдельных направлениях имели незначительное продвижение. На правом и левом крыльях войска вели огневой бой на прежних рубежах.
Противник силами 13-й и 17-й танковых дивизий, 101-й егерской и 3-й горной дивизий и частями вновь введенных в бой 9-й и 93-й пехотных дивизий при содействии массированной бомбардировочной и штурмовой авиации в течение дня оказывал упорное сопротивление наступлению советских войск. Переходя в неоднократные контратаки силами от батальона до полка пехоты при поддержке 15–30 танков каждая, немцы пытались восстановить свое положение и не допустить дальнейшего продвижения советских войск. Авиация противника группами до 70 самолетов бомбардировала и обстреливала боевые порядки и ближайшие тылы наступающих армий. Всего за день отмечено свыше 1000 самолето-пролетов противника.
8-я воздушная армия поддерживала наземные войска на поле боя действиями по живой силе и технике противника. Всего авиацией было произведено 833 самолето-вылета.
29 сентября наступающие армии Южного фронта на правом крыле и в центре отражали неоднократные контратаки пехоты и танков противника при поддержке сильного артиллерийско-минометного огня и массированных ударов его авиации, имея на отдельных участках незначительное продвижение.
Корпуса армии Холлидта в прежней группировке сильным артиллерийско-минометным огнем и контратаками при массированном применении бомбардировочно-штурмовой авиации оказывали упорное сопротивление наступлению войск Южного фронта. Вновь было отмечено свыше 1000 самолето-пролетов авиации противника.
В этих условиях советское командование решилось бросить в бой механизированные соединения, по плану операции входившие в состав подвижных групп. 20-й танковый корпус к 5 часам сосредоточился в районе 4 км восточнее Гендельберга, где перешел в оперативное подчинение командующего 44-й армией. 4-й гвардейский механизированный корпус сосредоточился в районе восточнее Ворошиловки и перешел в оперативное подчинение командующего 2-й гвардейской армией.