Ранним утром 12 августа генерал Качанов повёл свои дивизии в наступление и наскочил на встречный удар X немецкого армейского корпуса. Завязались жестокие бои. 34-я армия продвинулась в глубину немецкой обороны на 40 километров и через два дня достигла железной дороги Дно — Старая Русса. Командующий группой армий «Север» генерал-фельдмаршал Вильгельм фон Лееб, чтобы остановить наступление русских, вынужден был перебросить в этот район дивизию СС «Мёртвая голова», а также 3-ю моторизованную дивизию. Группировкой командовал один из лучших танковых командиров вермахта Эрих фон Манштейн. К отражению советского контрудара был привлечён VIII авиакорпус барона Вольфрама фон Рихтгофена.

Наступавшую на левом фланге 27-ю армию немцы остановили восточнее Холма. Но Берзарин, выполняя приказ комфронта, упорно продолжал атаки. Начальник Генштаба сухопутных войск вермахта Франц Гальдер 18 августа 1941 года записал в своём дневнике пересказ телефонного разговора с фон Леебом: «Он сообщил мне, что крайне озабочен положением на участке X армейского корпуса. Все солдаты выведены в первую линию. Войска переутомлены. Противник ещё продолжает оказывать давление в районе севернее Старой Руссы. Здесь для использования в первой линии остаются только сапёрные роты. Командир корпуса и командующий группой армий будут довольны, если наши части удержат занимаемые ими позиции в течение сегодняшнего дня».

Немцы поняли, что советская группировка южнее озера Ильмень опасна, что, не разгромив её, нельзя двигаться дальше к Ленинграду. И мгновенно подготовили частную операцию. Буквально 19 августа LVI моторизованный корпус фон Манштейна, проведя необходимую перегруппировку и усилившись за счёт подошедших резервов и частей 2-го эшелона, нанёс мощный контрудар, который и решил судьбу 34-й армии. Немцы ударили во фланг. В авангарде шла дивизия СС «Мёртвая голова». Уже 20 августа войска генерала Качанова были разрезаны на две части. Одна часть успела отойти на Ловать и уклонилась от сокрушительного удара. Другая была окружена в районе западнее Старой Руссы и уничтожена. По различным данным, в плен попало от четырех до десяти тысяч бойцов и командиров. В «котле» осталась почти вся артиллерия армии, танки, склады с боеприпасами. Именно тогда немцам впервые удалось захватить неповреждённую реактивную установку БМ-13 («катюша») с боеприпасами.

Однако это было только началом в цепи неудач Северо-Западного фронта. Наступление окончательно прекратилось. Но советским войскам пока что удавалось удерживаться на занятых позициях. И вот в начале сентября под ударами II армейского корпуса генерала пехоты графа Вальтера фон Брокдорфа-Алефельда фронт 27-й армии был прорван, немцы немедленно бросили в прорыв свои танки и мотопехоту, развивая наступление на Демянск и создавая непосредственную угрозу нашим тылам. Пал Демянск, немцы захватили станцию Лычково, повернули к Селигеру. Часть сил 27-й и 11-й армий оказалась в окружении; впоследствии они были уничтожены. Немецкое командование объявило о пленении 35 тысяч красноармейцев и захвате богатых трофеев: 117 танков и 254 орудия.

Поражение было слишком серьезным, чтобы избежать поиска виновных. Началось следствие. Командующего Северо-Западным фронтом генерал-майора П. П. Собенникова отдали под трибунал, приговорили к пяти годам лагерей, но впоследствии приговор смягчили, ограничившись понижением в звании.

Одиннадцатого сентября в деревне Заборовье, ныне Калининского района Тверской области, разыгралась трагедия.