40-я А за день боя частями правого фланга (237, 309, 161-я стрелковые дивизии) продвинулась на 25 км и вышла к реке Псел на участке Пашков – Селище; 2-й тк силами 99-й танковой и 58-й мотострелковой бригад овладел Веприком, где перешел к обороне, а его 26-я тбр овладела Московским Бобриком; на левом фланге части 40-й А овладели населенными пунктами Олешня, Поповка.
47-я А за день боя продвинулась на 12 км и, отразив неоднократные контратаки противника силой до 10–15 танков из района Рассоховатый (Разсоховатый) – Мартыновка, к исходу дня вышла на рубеж Боровенька – Семеновка – Березовый – Рассоховатый – Мартыновка. 3-й гв. мк сосредоточился в районе Рассоховатого, 10-й тк к исходу дня вышел к Олешне.
Стремясь добиться разгрома ахтырской группировки немцев, 20 августа командующий ВорФ поставил войскам фронта следующие задачи на 21 августа[1046]:
1. 40-й А – прочно закрепиться на рубеже реки Псел на участке Пашков – Веприк, в готовности к дальнейшему наступлению, а 2-му тк перерезать дорогу Ахтырка – Зеньков, для чего выйти в район Камыши и выслать передовые отряды в Зеньков и Веприк для удержания переправ через реки Грунь и Псел.
2. 47-й А – возобновить наступление с утра 21 августа и к исходу дня выйти на рубеж Пашкино – Аленина – Шевченки – Биданы с целью охватить район Ахтырки с запада и юго-запада; 3-му механизированному и 10-му танковому корпусам выйти в район Шевченки – Ясеновое – Чернетчина для нанесения удара по Ахтырке с запада.
3. 27-й А – наступать на Ахтырку с востока и выйти на рубеж Ясеновое – Хухря, завершив во взаимодействии с 47-й армией разгром ахтырской группировки немцев.
4. 4-й гв. А – перейти в наступление с рубежа Веселый Гай – Каплуновка на Котельву и к исходу первого дня, разбив противостоящего противника, выйти на рубеж Хухря – Котельва.
5. 6-й гв. А – прочно удерживать занимаемый рубеж Пархомовка – Любовка – Хрущевая Никитовка – совхоз «Гавриши».
6. 1-й ТА – перейти в наступление и овладеть районом Сидорячье – совхоз «Пионер» – Пархомовка.
С целью упростить управление 40-й армией правофланговая 29-я сд 47-й А передавалась в 40-ю А, а 100-я и 206-я левофланговые стрелковые дивизии 40-й А переходили в подчинение 47-й А. В результате этого обмена 40-я А была целиком сгруппирована правее 47-й А. Для усиления группировки 1-й ТА на Ахтырском направлении 31-й тк был выведен из-под Богодухова, где его позиции заняли стрелковые дивизии 6-й гв. А, и 21 августа сосредоточился в районе Пархомовки.
Под угрозой окружения своих наиболее боеспособных танковых и моторизованных соединений с 21 августа командование немецких 4-й танковой и 8-й полевой армий основные усилия направило на организацию отвода войск, сосредоточенных в междуречье Ворсклы и Мерлы, за Ворсклу. Поэтому ближайшей целью боевых действий 24-го и 48-го танковых корпусов в районе Ахтырки стало связать противника и обеспечить себе отступление.
На фронте советской 4-й гв. А немцы в течение 21–23 августа отступили от Каплуновки, Чемодановки, совхозов «Пионер» и «Ударник», что позволило войскам 20-го гв. ск продвинуться на 6—10 км. По воспоминаниям генерала Бирюкова[1047], генерал Микеладзе доложил ему, что с помощью 3-го гв. тк противник отброшен от совхоза «Ударник», а находившийся в окружении 29-й гв. воздушно-десантный сп вышел к главным силам соединения, насчитывая в составе 723 бойца. После этого воздушно-десантные стрелковые дивизии генералов Микеладзе и Стенина получили возможность развить наступление в направлении Хухря – Михайлово, тогда как дивизия генерала Калинина, первоначально продвинувшаяся своим левым флангом значительно западнее Каплуновки, теперь вынуждена была вести встречные бои с частями немецкой 10-й мд на рубеже Сидорячье – Пархомовка. В то же время немецкая 7-я тд отошла и заняла укрепленный район, быстро подготовленный на господствующем над местностью плато в районе Котельвы, а мд «Великая Германия» стала постепенно выводиться в тыл для перегруппировки на наиболее угрожаемое Зеньковское направление (по некоторым данным[1048], в частях дивизии к 22 августа еще насчитывалось 80 боеготовых танков).
По оценке генерала Бирюкова[1049], в результате четырех дней боев под Ахтыркой 4-й гв. А не удалось добиться разгрома противостоящих вражеских сил, но потери армии при всем желании не назовешь небольшими, особенно в дивизиях генералов Микеладзе и Стенина. Вместе с тем войска 4-й гв. А совместно с 3-м гв. тк уничтожили около 100 вражеских танков и САУ.