Беседа между Гитлером, фон Манштейном и фон Клюге осталась безрезультатной. Фюрер заявил, что он не может снимать силы ни с других театров военных действий, ни с фронта группы армий «Центр». Гитлер отнесся также отрицательно к вопросу о создании единого командования путем передачи ответственности за все театры военных действий начальнику Генерального штаба.
Между тем обстановка в полосе группы армий «Юг» продолжала обостряться. 4 сентября 55-й стрелковый корпус 5-й ударной армии Южного фронта занял Горловку. На следующий день 3-я гвардейская армия Юго-Западного фронта освободила Артемовск. Однако фон Манштейну удалось остановить 7-ю гвардейскую армию Степного фронта в районе Мерефы. Здесь заранее была создана сильно укрепленная оборона с целью прикрыть Харьков с юга. Этому благоприятствовала и р. Мжа с ее обрывистыми берегами. В течение пяти дней войска 7-й гвардейской армии генерала М.С. Шумилова пытались прорвать оборону на р. Уда, но добились лишь скромных результатов.
Командующий Степным фронтом немедленно выехал на командно-наблюдательный пункт 7-й гвардейской армии, чтобы разобраться в обстановке и наметить эффективные меры для скорейшего захвата Мерефы. Рекогносцировка показала, что с ходу овладеть Мерефой не удастся. Поэтому генерал армии Конев приказал командующему армией создать сильную артиллерийскую группировку, нанести массированные удары артиллерией и авиацией с целью подавления системы артиллерийского и минометного огня противника. После этого, совершив обходный маневр, овладеть Мерефой.
Меры, предпринятые командующим Степным фронтом, вскоре привели к успеху. 5 сентября войска 7-й гвардейской армии, применив обходный маневр, заняли город и железнодорожный узел Мерефа. В результате были созданы условия для более быстрого наступления 57-й и 7-й гвардейской армий к Днепру. Однако предстояла еще упорная борьба с сильной полтавской группировкой немецкой 8-й армии.
События в полосе Центрального фронта развивались стремительно. Генерал армии Рокоссовский, стремясь нарастить успех 60-й армии, усилил ее 7-м гвардейским механизированным корпусом генерал-лейтенанта танковых войск И.П. Корчагина, 77-м стрелковым корпусом генерал-майора П.М. Козлова и 18-м гвардейским стрелковым корпусом генерала А.М. Афонина. Ставка ВГК, учитывая успешное продвижение войск фронта, передала ему из своего резерва с 24 часов 6 сентября 61-ю армию, которой предстояло к утру 11 сентября сосредоточиться в районе Рыльска.