Вечером 29 июня части 115-й бригады вступили в бой с танками противника, оттеснили их и заняли оборону у населенного пункта Голопузовка. В течение следующего дня наши танкисты отбили пять атак противника, но, были обойдены с флангов, и отошли, заняв оборону совместно со 116-й бригадой на реке Бычек. В течение следующих дней танкисты с боями отходили в сторону Воронежа. Утром 4 июля сводный отряд бригады получил от штаба 17-го танкового корпуса задачу прикрыть переправу у Ново-Ольшанки. Примерно в 15.00 немцы прорвались в тыл отряду, который потеряв четыре КВ, стал отходить в сторону переправ через Дон. Всего с 28 июня по 10 июля бригада потеряла 41 танк, из них 8 КВ. В своих отчетах штаб бригады заявил о 114 (!) подбитых немецких танках, 5 уничтоженных противотанковых пушках и 62 автомобилях.
116-я танковая бригада (48 танков, из них 8 КВ-1) по приказу штаба Брянского фронта вечером 28 июня 1942 года выдвинулась в район Богатыревки с задачей быть готовой к нанесению контрудара по прорвавшимся мотомехчастям противника.
Ночью она прибыла в Никольское, где ее дальнейшее продвижение застопорилось из-за «отсутствия переправ через болотистый ручей у Алексеевки и р. Грайворонка у Никольское». К вечеру удалось построить мост и переправить часть машин, но наличие в бригаде тяжелых танков сказалось на ситуации не лучшим образом. Так, в отчете о действиях говорилось, что «второй танковый батальон переправиться не смог, так как переправа была приведена в негодность танками КВ первого батальона». На этом беды бригады не закончились — днем 29 июня ее штаб, находившийся в Верхней Грайворонке, попал под бомбежку, в результате чего погиб комбриг, имевший связь со штабом 40-й армии. Восстановить связь не удалось, «так как нового места расположения штаба армии бригада не знала».
Вечером удалось установить контакт со 115-й танковой бригадой, ведущей бой в районе Бычек. Штаб 116-й бригады принял решение — выйти в этот район и «совместными усилиями со 115 тбр уничтожить наступающие танки противника». 30 июня первым вступил в бой первый танковый батальон, который своими действиями обеспечил возможность отхода частей 6-й стрелковой дивизии. Утром 1 июля 116-я бригада совместно со 115-й контратаковали противника, поддерживая 125-й стрелковый полк. В отчете о боевых действиях об этом сказано: «В результате коротких, но ожесточенных боев обе стороны перешли к обороне». Правда остановить противника на этом участке удалось дорогой ценой — бригада потеряла 43 танка, включая все 8 КВ-1, и к исходу дня в ее составе осталось всего 2 Т-34 и 3 Т-60. Штаб соединения сообщил о том, что «уничтожено 75 танков, 6 автомашин с пехотой, 1 штабная автомашина, 15 орудий ПТО». К 4 июля остатки бригады переправились через Дон, и были выведены в тыл.
Три танковых корпуса (4, 17 и 24-й), переданные из резерва Ставки ВГК для ликвидации немецкого прорыва, должны были нанести контрудар из района Горшечное, навстречу наступающим с севера 1 и 16-м танковым корпусам. 4, 17 и 24-й корпуса объединялись в оперативную группу под командованием генерал-лейтенанта танковых войск Я.Н. Федоренко, начальника ГАБТУ КА, специально прибывшего на фронт для оказания помощи в действиях танковых соединений.
К вечеру 28 июня 1942 года в составе опергруппы имелось 477 танков, из них 76 КВ-1 (16 % парка).
17-й танковый корпус (66-я тяжелая, 67 и 174-я бригады, всего 179 машин из них 23 КВ-1) с 28 июня 1942 года перебрасывался в район Касторной для нанесения контрудара. 30 июня мотострелковая бригада корпуса при поддержке 102-й танковой бригады вступила в бой с частями дивизии «Гроссдойчланд». На следующий день перешла в атаку 174-я бригада, но не поддержанная 66-й бригадой КВ, как это предусматривалось планом, была вынуждена вести бой с превосходящими силами противника. После отхода 174-й бригады немцы атаковали деревню Кулевка, где располагалась 66-я танковая бригада. В результате 11-часового боя она была окружена и отошла с большими потерями.