Необходимо было срочно подавить огневые точки, мешавшие продвижению пехоты. Командиры полков и дивизий выдвинули на прямую наводку часть орудий с закрытых огневых позиций, но и это не повысило темпы наступления: за три часа боя только две стрелковые дивизии (47‐я гвардейская 5‐й танковой армии и 293‐я 21‐й армии) продвинулись на глубину 2–3 км, овладев первой позицией румын. Другие соединения, встретив сильное сопротивление противника, успеха не имели. Лишь неоднократные атаки опорных пунктов в течение трех часов позволили к 13 часам завершить прорыв первой позиции. Таким образом, продвижение войск за 4–5 часов составило 3–4 км. Ко второй позиции вражеской обороны стрелковые дивизии вышли к 14 часам.
Командующий войсками Юго-Западного фронта генерал-лейтенант Н.Ф. Ватутин принял решение ввести в сражение танковые корпуса. Он приказал командующим 5‐й танковой и 21‐й армиями использовать свои подвижные группы для завершения прорыва вражеской обороны (2).
На рубеж развертывания танковые корпуса 5‐й танковой армии стали выдвигаться еще с 9 часов утра. Но все маршруты были настолько забиты артиллерией и тылами наступавших войск, что лишь только к 14 часам 1‐й танковый корпус генерала В.В. Буткова сумел выдвинуться к боевым порядкам пехоты и вступить в бой. Сломив упорное сопротивление противника, корпус продвинулся еще на 4 км в глубину, однако вскоре возле хутора Клиновой натолкнулся на сильный узел сопротивления врага, обороняемый батальоном румынской пехоты с двумя артиллерийскими полками. Командир корпуса приказал частью сил сковать врага с фронта, а главными силами нанести удар во фланг. В это же время к Клиновому вышла 157‐я танковая бригада 26‐го танкового корпуса. Одновременная атака силами четырех танковых бригад была для противника настолько неожиданной, что некоторые орудия не успели сделать ни одного выстрела и были раздавлены.
Бой на этом направлении закончился полным разгромом двух полков 14‐й румынской пехотной дивизии, личный состав которых, потеряв связь и управление, начал группами сдаваться в плен. Используя успех танкистов, к 16 часам 47‐я гвардейская и 119‐я стрелковая дивизии выполнили ближайшую задачу. Тактическая оборона 3‐й румынской армии на этом участке была прорвана.
Прорыв второй полосы и всей тактической зоны обороны противника в полосе наступления 124‐й стрелковой дивизии с 26‐м танковым корпусом генерала А.Г. Родина завершился лишь к исходу дня. Такого же результата добилась и 14‐я гвардейская стрелковая дивизия на правом фланге армии.
После прорыва тактической зоны обороны противника наиболее продвинувшиеся соединения 5‐й танковой армии были остановлены оперативными резервами группы армий «Б»: 1‐й танковый корпус частями 22‐й немецкой танковой дивизии – в районе севернее Усть-Медведицкий, а 124‐я стрелковая дивизия 1‐й танковой румынской дивизии – в районе Перелазовский. Продвижение 1‐го танкового корпуса составило