军当然不打算只是被动防御。沃罗涅日方面军司令瓦图京在6月5日夜间就着手实施反击。这一任务被赋予第1坦克集团军司令卡图科夫。按照计划。曾以第4坦克旅旅长身份在莫斯科战役中重创德军，并对红军坦克战术做出重大贡献的卡图科夫，将指挥他的坦克集团军（646辆坦克自行火炮），和第5、2近卫坦克军一道，从第2防御地带向克莱斯特第4装甲集团军发动反击。第1坦克集团军因为几乎全部装备中型坦克，实力要比那些中轻型坦克混编的部队更强。卡图科夫具体部署如下：第6坦克军（169辆坦克和自行火炮）和第机械化军（250辆坦克和自行火炮），部署在第90近卫步兵师的后方，准备挑战德军第48装甲军！第5近卫坦克军（200辆坦克）被部署在第51近卫步兵师后方，面向德军党卫第2装甲军。而第2近卫坦克军（200辆坦克）则指向党卫第2装甲军突入红军阵地的右侧。第31坦克军（196辆坦克和自行火炮）则布置在距离第一梯队18公里处，充当卡图科夫的预备队。反击预定在3日开始。这个反击计划可谓气势如虹。一旦实施。沃罗涅日方面军装甲主力1000多辆坦克，将和锋头正盛的克莱斯特同样1000多辆战车，发生规模空前的坦克遭遇战！
但由于红军先遣坦克部队在第一天战斗中遭受了重大损失，动摇了瓦图京地决心。经过一番考虑，瓦图京取消了全面反击计划，命令第1坦克集团军在第近卫集团军第二防御地带后，沿梅洛沃耶……雅科夫列沃一线组织新的防线。每个坦克机械化军分别占据宽16…19公里地阵地。排列成两个梯队。士兵们在夜间匆忙挖好了掩体，然后将大量坦克开进去充当装甲火力点。第3机械化军还在通向奥博扬的公路两侧，安排了连排单位的坦克设伏。
瓦图京企图先以步兵尽量消耗德军的突击兵力，而将坦克用来加强反坦克防御火力。这样就丧失了将机动兵力投入集中反击的可能。这个做法在当时据说就遭到斯大林和朱可夫的反对，但赫鲁晓夫和华西列夫斯基却予以支持。
完成准备的苏军在6月1日上午迎来德军地新攻势！克莱斯特首先向红军倾泻了90分钟的炮火，然后把密集的坦克群投入战斗。在他的左翼，德第48装甲军从西向东，展开了第3装甲师，“统帅堂第一”师，第11装甲师。鏖战之间。爆炸的炮弹、奔驰和燃烧的坦克掀起的尘土和浓烟，使天空变色、地平线消失，只有太阳火红的圆盘在烟尘中还勉强可见！
尽管克莱斯特的坦克拼命冲锋，德军的前进还是变得越来越缓慢和血腥！成四路纵队地160辆德国坦克冲击红军第90近卫步兵师阵地，却被掩护该师的第6坦克军击退。数量更多的德国坦克沿奥博扬公路涌向苏第3机械化军，也被顽强抵抗所阻止，连续8次冲击都未能成功。红军第1坦克集团军虽未能全面反击，却配合步兵和炮兵死死的抵住德国装甲部队的反复冲击。德方参战者对此有如下回忆：“到处是地雷。俄国人的整个防线都得到坦克支援并占据有利的高地。我们的突击部队遭到了相当可观地损失”！
到日终时分。德第48装甲军未能抵达预定目标，损失却相当巨大。被寄予厚望的“统帅堂第一”师元气大伤。该师原本连配属的虎式重型坦克总计有约350辆战车，6月4日却一度只有约80辆坦克可用。其中“统帅堂第一”师本身仅剩下45辆坦克，可动的“虎”从14辆下降为2辆。此后几天，“统帅堂第一”师可以使用的坦克也只有3…40辆。这对克莱斯特来说是个不祥之兆。
克莱斯特右翼。第2党卫装甲军当天也展开攻势。上午。“维京”师和“帝国”师开始冲击苏军第51近卫步兵师地段内地第二防御地带。德军突破口西侧，卡图科夫赖以成名地老部队…………第1近卫坦克旅（前第4坦克旅）首先迎战德军。激战中。苏军排长沙兰金的T…34甚至直接撞击德军战车，并与之同归于尽！
突破口东侧，德军先导地“虎”式坦克与第5近卫坦克军的T…34坦克群展开战斗。参战的一名德国军官承认：“他们（苏联坦克）瞄得很准，但无奈于我们坚固的装甲”。性能处于劣势的苏军坦克被“虎”式坦克群的齐射打得大败，丢下了1辆燃烧着的T…34。
战斗到下午，卢奇基方向的第5近卫坦克军与第51近卫步兵师第156步兵团一道，遭到了党卫装甲军主力的攻击。第5近卫坦克军向德军“帝国”师发动反击，但被击退。夜间，卢奇基被德军占领，第5近卫坦克军陷入半包围状态，只得在6月5日晨突围。这导致苏第1坦克集团军左翼
