Советское наступление было запланировано на 5.30 утра. На Новоархангельск повела атаку 44-я дивизия, но, наткнувшись на прочную оборону немцев, вернулась на исходные позиции. По этой причине поддержать наступление на Тишковку она не смогла. 45-я танковая дивизия к началу наступления так и не прибыла. Атака велась фактически только силами 58-й горно-стрелковой, 49-й танковой дивизии в составе двух танковых полков в пешем порядке и остатков 211-й бригады. Достигнув Тишковки, они наткнулись на передовые части немецкой 9-й танковой дивизии под командованием генерала А. фон Хубицки. На этом рубеже продвижение советских войск в восточном и северо-восточном направлении было остановлено.
На северном фасе плацдарма готовились к наступлению батальоны «Лейбштандарта». В соответствии с приказом по XXXXVIII корпусу им предстояло во взаимодействии с 11-й танковой дивизией захватить район от Новоархангельска до с. Маслоброд, стараясь предотвратить все попытки прорыва через р. Синюху.
Наступление противника началось в 8.00. При поддержке станковых пулеметов, выдвинутых в передовые линии 20-мм и 37-мм скорострельных орудий, эсэсовцы 3-го батальона преодолели укрепленное русло ручья и захватили лежащие за ним высоты. В 11.50 через ручей перебрались солдаты 2-го батальона, образовав на его противоположном берегу плацдарм. Впереди лежало с. Солдатское, куда отошли потрепанные части 44-й дивизии. Первая попытка атаковать село оказалась для немцев неудачной: по ним открыли огонь пулеметы с выс. 140, 0. Эсэсовцы под их обстрелом залегли, подтягивая подкрепления и боеприпасы.
Вскоре от наблюдателей поступило сообщение, что высота хорошо укреплена. Командир 2-го батальона Виш принял решение подтянуть войска и атаковать высоту в лоб, чтобы не дать красноармейцам закрепиться. Основной удар нанесла 6-я рота, и после короткого боя высота оказалась захвачена. Оказалось, что с нее прекрасно просматривались не только с. Солдатское, но и берег р. Синюха. Рота эсэсовцев окопалась на захваченной высоте фронтом на запад.
В дальнейшем сражение превратилось во встречный бой советской пехоты против немецких танковых дивизий. Сильно растянутые по фронту части 44-й дивизии не смогли удержать рубежи обороны и стали быстро откатываться к реке. Однако пехотинцы 3-го батальона «Лейбштандарта» не успевали за продвижением танкистов. В результате между ними образовался никем не прикрытый разрыв. Около 20.00 левый фланг немецкого 3-го батальона был атакован конницей в количестве до двух эскадронов. Эсэсовцы с помощью автоматического оружия отразили ее и продолжили наступление.
К полуночи обергруппенфюрер Й. Дитрих доложил в штаб XXXXVIII корпуса, что поставленная перед его бригадой задача выполнена. Советская оборона сломлена, и пехота бригады на своем участке вышла к берегу р. Синюха. В плен взяты, по предварительным оценкам, 92 красноармейца.
Основные события разворачивались в полосе 11-й и 9-й танковых дивизий. В боевую группу оберста Ангерна с утра 4 августа входили 15-й танковый полк, 2-й батальон 111-го и 1-й батальон 110-го пехотных полков, 1-й и 3-й дивизионы 119-го артполка, а также саперы и зенитчики. Как и правый сосед, «Лейбштандарт» группа выступила в 8.00 из района села Марьяновка в направлении к р. Синюха. Уже в ходе наступления оберет Ангерн в личной беседе с командиром 9-й танковой дивизии договорился о примерной разграничительной линии. Она должна была пройти от села Константиновка вдоль русла ручья.
Атака боевой группы оберста Ангерна развивалась успешно. Уже в 9.00, сломив сравнительно слабое сопротивление противостоящих советских войск, она достигла линии с. Чарвинки – Журовка – Мартыновка. В 12.00 после ожесточенного боя 15-й танковый полк занял выс. 188, расположенную севернее с. Константиновка[188].
Около полудня немцы провели сильную артиллерийскую подготовку, по окончании которой боевая группа 11-й танковой дивизии возобновила наступление. С юга ее действия поддерживали подошедшие части 9-й танковой дивизии XIV корпуса. Советские войска оказались в полукольце. Наступавшие на Тишковку советские части не выдержали встречного удара, перемешались и, стремясь избежать окружения, стали спешно откатываться по направлению к Синюхе.
В этот момент генерал Н.И. Прошкин, собрав вокруг себя немногочисленные сохранившие боеспособность части, попытался организовать контратаку от Терновки в общем направлении на юго-восток. Возможно, таким способом он надеялся приостановить немецкое наступление. Северное крыло контратаки пришлось по флангу немецкого пехотного батальона, занимавшего позиции у с. Константиновки, южное – по частям 9-й танковой дивизии. Однако противник сумел отразить удар и отбросил красноармейцев в исходное положение. Предпринятая бойцами генерала Н.И. Прошкина контратака захлебнулась, не принеся желаемого результата.