Так закончились деблокировочные действия наших войск. К сожалению, как действия командования Юго-Западного фронта по прорыву изнутри кольца, так и действия Юго-Западного направления по прорыву внешнего фронта окружения извне нельзя охарактеризовать с лучшей стороны. М. П. Кирпонос проявил в организации прорыва пассивность и фактически отказался от ударов по внутреннему фронту окружения. С. К. Тимошенко вместо деблокировочных действий предпринял контрудар по Ромнам, замысел которого сложился задолго до окружения войск Юго-Западного фронта и уже не соответствующий обстановке.
После окружения противником основных сил Юго-Западного фронта в распоряжении советского командования для прикрытия белгородского и харьковского направлений имелись войска 40-й и 38-й армий, оказавшихся вне кольца окружения, 2-го и 5-го кавалерийских корпусов и около пяти авиадивизий.
40-я армия в составе отряда Чеснова, 293-й стрелковой дивизии, 3-го воздушно-десантного корпуса, 227-й стрелковой дивизии, остатков 10-й танковой дивизии с 15 по 29.9 удерживала свои позиции по р. Сейм. С целью образования внешнего фронта окружения 20 сентября немцы атаковали центр построения войск 40-й армии, нанося удар силами 17-й танковой дивизии и мотополка «Великая Германия» от Путивля на Бурынь. Фронт на стыке 3-го воздушно-десантного корпуса и 293-й стрелковой дивизии оказался прорванным, и войска армии начали отходить на рубеж Весёлое — Ворожба — Белополье — Терны, закрепившись к 26 сентября на этом рубеже.
В районе Сумы в состав армии начала прибывать и разгружаться 1-я мотострелковая дивизия.
38-я армия в период с 15 по 20.9 после того, как с левого фланга армии убыл 5-й кавалерийский корпус, осталась в составе четырех стрелковых дивизий и потому не могла противостоять напору почти семи пехотных дивизий 17-й немецкой армии и стала отходить, сосредоточивая свои силы для прикрытия района Полтавы. Но так как отход армии проходил в полосе местности, резко поделённой рекой Ворскла на две равные части, естественно, силы армии дробились этой рекой тоже пополам. Командарм 38-й, видимо, затруднялся, направить ли прибывающие из Резерва Главкома 226-ю и 169-ю стрелковые дивизии (из состава 6-й армии Южного фронта) на правый берег р. Ворскла для обороны г. Полтавы или оставить их на левом берегу, так как противник угрожал своим движением на Красноград обойти левый фланг армии.
226-я стрелковая дивизия не успела занять Полтаву, так как противник захватил её 19 сентября с ходу. В течение 19-20 сентября в районе Полтавы происходили упорные бои. Наши войска стремились выбить немецкие части из Полтавы, но успеха не имели. 20 сентября силами 295-й пехотной дивизии был захвачен Красноград, в котором в этот день, кроме гражданского ополчения, наших войск не было.
38-я армия оставила район Полтавы и стала отходить дальше на восток, выделив часть своих сил для ведения боёв в районе Краснограда.
Поскольку немецкое командование стремилось как можно быстрее высвободить подвижные соединения для наступления на московском направлении, образовавшаяся брешь на южном фланге советско-германского фронта не была использована для дальнейшего продвижения на восток. Это позволило советской стороне восстановить фронт.
К исходу 26.9 войска Юго-Западного фронта занимали следующее положение: — 40-я армия (отряд Чеснова, 3-й воздушно-десантный корпус, 293-я и 227-я стрелковые дивизии, 1-я мотострелковая дивизия) — занимала оборону на фронте Тёткино — Ворожба — Ольшана; — 21-я армия (100-я стрелковая дивизия, 2-й кавалерийский корпус, 1-я и 129-я танковые бригады, остатки 297-й стрелковой дивизии, 5-й кавалерийский корпус, 212-я стрелковая дивизия, 3-я и 142-я танковые бригады) — вела оборонительные бои на фронте Ольшана — Гадяч — Шишаки — Диканька; — 38-я армия (34-я кавалерийская дивизия, 132-я танковая бригада, 300-я, 226-я, 169-я, 199-я, 304-я стрелковые дивизии, 76-я, 47-я горно-стрелковые дивизии) — вела оборонительные бои на фронте [204] Гавронцы — H. Кочубеевка — Карловка — Красноград, имея против себя части 100-й, 57-й, 9-й, 68-й, 295-й и 297-й пехотных дивизий.
Главные силы 1-й танковой группы заканчивали перегруппировки для наступления против Южного фронта. Главные силы 6-й армии противника также ещё не подошли, так как были заняты ликвидацией котлов окружения. Главные силы 2-й танковой группы и XXXXVIII моторизованный корпус также перемещались в полосу Брянского фронта. Во 2-ю армию с целью дальнейшего использования в битве за Москву были переданы 98-я пехотная дивизия 12 сентября, 262-я пехотная дивизия 27 сентября (вошла в состав 2-й танковой группы). 25 сентября в состав войск группы армий «Центр» была возвращена 293-я пехотная дивизия, 27 сентября за ней последовали 45-я, 134-я пехотные дивизии.
Решение командующего войсками Юго-Западного фронта, как видно по его директиве № 28/оп от 27 сентября, заключалось в переходе всеми армиями к обороне: «Задача войск фронта — организовать прочную оборону и не допустить прорыва противника на восток».