Ставка ВГК, стремясь не допустить окружения противником советских войск южнее Воронежа, 6 июля приказала отвести войска Юго-Западного и правого крыла Южного фронтов на новые рубежи. С целью улучшения управления войсками Ставка ВГК вечером следующего дня приняла решение разделить Брянский фронт на два фронта: Брянский и Воронежский. В состав Брянского фронта (командующий – генерал-лейтенант Н. Е. Чибисов, затем генерал-лейтенант К.К. Рокоссовский) вошли 3, 48, 13-я и 5-я танковая армии, 1-й и 16-й танковые и 8-й кавалерийский корпуса, авиационная группа генерала Г.А. Ворожейкина. В состав Воронежского фронта (командующий – генерал-лейтенант Ф.И. Голиков) были включены 40, 60 и 6-я армии, 4, 17, 18 и 24-й танковые корпуса и 2-я воздушная армия.

Войска Брянского фронта должны были силами 3, 48 и 13-й армий прочно удерживать занимаемый рубеж. На 5-ю танковую армию, усиленную 7-м танковым корпусом и одной стрелковой дивизией за счет 3-й резервной армии, возлагалась задача активными действиями на юг по западному берегу р. Дон в направлении на Хохол перехватить пути подвоза и тылы танковой группы противника, прорвавшейся на Дон у Воронежа.

Для оказания помощи в организации обороны в район Воронежа прибыли представители Ставки: начальник Главного автобронетанкового управления Красной Армии генерал-лейтенант танковых войск Я.Н. Федоренко, заместитель начальника Генерального штаба генерал-лейтенант Н.Ф. Ватутин и член Военного совета ВВС армейский комиссар 2 ранга П.С. Степанов.

Выполняя приказ Ставки ВГК, командующий 5-й танковой армией 7 июля ввел в сражение еще один танковый корпус (11-й). Однако ни он, ни 7-й танковый корпус не добились успеха. Противник, имея превосходство в воздухе, оказывал упорное сопротивление. Вражеские бомбардировщики группами по 12–20 машин бомбили объекты армии по 7–9 раз в день. Очень сильно страдала от бомбежек пехота (2-я и 12-я мотострелковые бригады), которая временами вообще вынуждена была прекращать боевые действия. Генерал Лизюков настойчиво требовал от командующего Брянским фронтом надежного авиационного прикрытия. В критическую минуту боя он не сдержался и резко заявил заместителю командующего фронтом генерал-лейтенанту Н.Е. Чибисову: «Прикройте нас с воздуха, и мы сделаем все, что необходимо. Вы не дали мне нанести удар железным кулаком, заставили вводить армию в бой по частям, так хоть теперь сделайте по-моему – дайте авиацию, иначе все погибнет». В ответ Чибисов назвал Лизюкова трусом, не имея к тому никаких оснований.

Недоволен действиями Лизюкова был и Сталин. 9 июля по его указанию генерал Василевский направил командующим войсками Брянского фронта и 5-й танковой армией директиву № 170488, в которой говорилось:

«5-я танковая армия, имея перед собой противника не более одной танковой дивизии, третий день топчется на одном месте. Части армии из-за нерешительности действий ввязались в затяжные фронтальные бои, потеряли преимущество внезапности и не выполнили поставленную задачу.

Ставка Верховного Главнокомандования приказывает:

Немедленно приступить к выполнению поставленной задачи и категорически потребовать от командиров корпусов решительных действий, смело обходить противника, не ввязываться с ним во фронтальные бои и к исходу 9.07 выйти к югу от Землянска на тылы группировки немецких частей, действующих против Воронежа».

После ожесточенных боев 11-й танковый корпус генерала А.Ф. Попова и 7-й танковый корпуса сломили сопротивление противника и, потеснив его на 4–5 км, вышли к исходу дня 10 июля к р. Сухая Верейка. В тот же день в наступление перешел 2-й танковый корпус генерала И.Г. Лазарева. Однако добиться существенных результатов войска 5-й танковой армии не смогли. В то же время командующий армейской группой «Вейхс» не смог выполнить приказ генерал-фельдмаршала фон Бока, так как был вынужден повернуть на север выдвигавшиеся в район Воронежа 24-й танковый корпус и три пехотные дивизии и тем самым ослабить удар на Воронеж.