В 19 часов 22 августа, не получив удовлетворительного ответа от командования ВорФ, другую директиву Сталин направил непосредственно Жукову, указав, что план наступления ВорФ с целью к 20 августа овладеть Ахтыркой явным образом не удался; операция по разгрому харьковской группировки противника также затянулась; Ставке Верховного Главнокомандования неизвестно, по какому плану действуют сейчас Воронежский и Степной фронты[1042]. Соответственно, Сталин потребовал, чтобы Жуков к исходу 22 августа представил план операции по ликвидации ахтырской группировки противника и овладению плацдармом Ахтырка – Котельва – Колонтаев – Пархомовка, организовав для этого прорыв фронта противника с привлечением основных сил артиллерии и авиации, подобно тому как это было организовано севернее Белгорода. Проведение операции следовало согласовать с прорывом германской обороны на стыке Степного и Юго-Западного фронтов.
Как видно, генерал Ватутин оказался не способен изменить свой оперативный почерк организации наступления – развитие операции путем «веерообразного» нанесения серии необеспеченных ударов по расходящимся направлениям, что предоставляло противнику выгодные возможности для контрударов. В данном случае контрудары германских войск произвели на Сталина такое впечатление, что он потребовал подготовки специальной межфронтовой операции. Однако недостаток сил и средств и отсутствие резервов уже не позволяли германскому командованию так же «наказать» Ватутина, как в феврале – марте 1943 года. К 22 августа 1943 года обстановка под Ахтыркой уже существенно изменилась в связи с тем, что 20 августа 40-я и 47-я армии продолжали развивать наступление, а 38-я А закреплялась на реке Псел и отдельными отрядами форсировала реку.
Правофланговые соединения 40-й А перешли к преследованию частей 57-й и 255-й немецких пехотных дивизий, преодолели слабое сопротивление арьергардов противника и в течение дня узким клином продвинулись в юго-западном направлении вдоль реки Псел на 35 км, захватив Веприк силами 99-й танковой и 58-й мотострелковой бригад 2-го тк. С наступлением темноты 161, 237 и 309-я стрелковые дивизии 52-го ск 40-й А приступили к организации обороны по восточному берегу реки Псел на участке Бишкинь – Веприк. Овладев Веприком, советские войска перерезали последнюю дорогу из района Ахтырки на запад, так что для связи с тылом в распоряжении немецкого 24-го тк осталась единственная дорога Ахтырка – Зеньков, ведущая в юго-западном направлении, но Зеньков также находился под прямым ударом группировки 40-й А.
47-я А и две левофланговые дивизии 40-й А весь день 20 августа вели ожесточенные бои с противником, усилившим сопротивление за счет войск, переброшенных из района Ахтырки. К исходу дня 47-я А, продвинувшись на 5—10 км, вышла на рубеж Березовый – Рассоховатый – Олешня – Сосонка. Войска 47-й А и левофланговые соединения 40-й А почти вплотную подошли к Ахтырке с севера и северо-запада.
По воспоминаниям маршала Москаленко[1043], в первой половине дня 20 августа наиболее ожесточенное сопротивление было оказано немцами на левом фланге 40-й А, куда они перенацелили также и авиацию. Группами от 20 до 60 самолетов противник несколько часов непрерывно бомбил боевые порядки 100-й и 206-й стрелковых дивизий 47-го корпуса. В полдень 20 августа бомбовый удар был нанесен по штабу 52-го ск, в результате чего оказался выведен из строя узел связи, а через два часа бомбардировке подвергся штаб 206-й сд, из-за чего командир дивизии генерал Меркулов получил контузию, а начальник штаба полковник Николай Ткаченко погиб. Однако все это не улучшило положения немцев. К исходу 20 августа войска 40-й и 47-й армий подошли к Ахтырке с севера и северо-запада, глубоко охватив левый фланг контрударной группировки противника. Одновременно главные силы 40-й А в составе усиленного 52-го стрелкового и 2-го танкового корпусов продолжали успешно наступать вдоль реки Псел все дальше на юго-запад. Все это, вместе взятое, вынудило фашистское командование отказаться от дальнейших наступательных действий в районе Ахтырки и отдать приказ о переходе своей ударной группировки к обороне.
По данным штаба 47-й А[1044], спасаясь от окружения своей ахтырской группировки, противник упорно удерживал Чупаховку (22 км юго-восточнее города Лебедина), создавая угрозу левому флангу и тылу 47-й А, что серьезно препятствовало ее дальнейшему продвижению.
Согласно донесению генерала Ватутина[1045], 20 августа в районах севернее Ахтырки противник с боями отходил за реку Псел и на левом фланге фронта его действия носили характер боевой разведки. Захватом пленных подтверждаются действия 88-й и 75-й пехотных дивизий против 38-й А и остатков 255-й пд против 40-й А.
38-я А частями левого фланга 20 августа вела бои за полное очищение восточного берега реки Псел, заняв Васильевку, Замостье, Пришиб, Жовтневый, Басы, а 38-я сд вышла на окраины города Сумы.