Советское командование спешно стягивало к Киеву последние резервы: десантников, оставшихся без танков танкистов, подразделения НКВД. В городе выгружались не успевшие занять оборону на линии Сталина части. Первый бой на ближних подступах к Киеву состоялся уже через два дня. По Житомирскому шоссе немцы вышли к реке Ирпень. Боец 4-го сводного полка НКВД В. Козаченко вспоминал: «Танки мчались к мосту, ведя огонь на ходу. Наше боевое охранение встретило их дружным ружейным и пулеметным огнем. Когда танки приблизились к реке, грянул взрыв». Мост на шоссе был взорван. Одновременно по немцам открыли огонь ДОТы. Попытка форсировать Ирпень с ходу и ворваться в Киев внезапной атакой провалилась. Моторизованные части вермахта еще несколько раз попытались прощупать советскую оборону. Однако нигде им не удалось застать защитников столицы Украины врасплох. Мосты оказывались взорваны или сожжены. Опорой советской обороны стал Киевский укрепленный район. С серых громадин ДОТов сбрасывали маскировочные сети, и непрошеных гостей встречали пулеметные очереди.
Атака Киева танковыми дивизиями не обещала немцам быстрого успеха. Пехота шагала в маршевых колоннах где-то далеко позади. На растянутый вдоль Житомирского шоссе фланг немцев с севера обрушились контратаки советской 5-й армии. Танки Эвальда фон Клейста могли навсегда остаться у стен Киева. Не скрывая досады, командование группы армий «Юг» подчинилось прагматичным приказам из Берлина. Очередной целью немецкого наступления стал Летичевский УР, прикрывавший подступы к Виннице.
Сражение советской и немецкой пехоты за Летичевский УР началось 15 июля. Один из командиров укрепленного района обратился к артиллеристам с просьбой поддержать огнем сражающиеся ДОТы. Ответ командира гаубичного артполка был лаконичным: «Снарядов у меня нет, но сколько смогу, открою огонь». Было сделано всего 10 выстрелов, которые не могли нанести серьезные потери штурмовым группам вермахта. ДОТы расстреливались немецкой артиллерией, штурмовыми орудиями, подрывались мощными зарядами взрывчатки. В истории немецкой 4-й горно-стрелковой дивизии (4. Gebirgs-Division) штурм Летичевского УРа описывается следующим образом: «После трехчасовой артиллерийской подготовки, которая на завершающем этапе получила поддержку тяжелых орудий пехоты и зенитной артиллерии, ровно в 10.00 с исходных позиций вступили в бой ударные группы горной пехоты и инженерно-саперные отряды. Огневую поддержку обеспечивала батарея штурмовых орудий <…> Один за другим уничтожались бункеры и блиндажи, захватывались цели. Войска все дальше прорывались в глубь оборонительного рубежа. В 21.30 задача дня была выполнена на всех участках. По широкому фронту удалось прорвать линию Сталина». Пробитая в обороне брешь делала практически бесполезной дальнейшую оборону укрепленного района. В любой момент мог последовать удар во фланг и тыл.