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12月21日，苏军发起反突击，其规模之大令德国人大为震惊。德军艰难地防守着半合围圈，尽最大努力摆脱重重反包围。苏军兵力比德军强大得太多了。
中午时分，德军缴获到一份苏军文件。文件上说，包围圈里的苏军至少有3个坦克军和4个步兵军。原来，苏军正在集结兵力，准备从麦列尼进攻日托米尔，而德军只用3个装甲师发动进攻。在苏军看来，德军的行动纯属愚蠢之举。
下午3时，苏军召开高级军官会议。会议决定停止向日托米尔发动进攻，改为集中兵力歼灭德军第四十八装甲军。会后，苏军马上展开了大规模的反攻。德军第一装甲师被迫转入防御，“莱布什坦达特”装甲师开始攻打麦列尼，以期与南面的第七装甲师会合。
12月22日，德军“莱布什坦达特”装甲师没有取得任何进展，而第一装甲师击退了苏军两个坦克军的反攻。
12月23日，德军第四十八装甲军的3个装甲师撤回向苏军两翼实施包抄的部队，全线转入防御，全力阻止被苏军分割包围。
12月24日，苏军在南边80公里处对布鲁西洛夫的德军发动了新一轮攻击，击溃了德军第四装甲集团军的第二十四装甲军。集团军司令劳斯急电第四十八装甲军军长巴尔克，命令他放弃麦列尼一带阵地，全部南下封堵突破的苏军。德军第四十八装甲军被迫撤出了麦列尼一带。
巴尔克不得不承认，攻占基辅的任务对他的第四十八装甲军来说是力不从心的。即便如此，第四十八装甲军仍然给苏军造成了惨重的损失，缴获了700多辆坦克和660多门火炮。巴尔克就任第四十八装甲军军长以来，强渡第聂伯河的3个苏军集团军中的第1个集团军在布鲁西洛夫被击溃，第2个苏军集团军在日托米尔-拉道梅什尔被歼灭，第3个苏军集团军在科罗斯田以东遭到重创。当初若是希特勒听从装甲兵总监古德里安的建议把所有的装甲部队集中到基辅突出部，德军很有可能夺回基辅，进而从根本上改变南线形势。
12月25日，德军第四十八装甲军进抵日托米尔，这里挤满了运输车辆和后勤部队，其中包括第十三军和第二十四装甲军的后勤部队。第四十八装甲军司令部费尽周折才穿过挤满人群的街道，在城南设立了指挥部。军长巴尔克接管了遭受重创的第二十四装甲军（第八、第十九装甲师和“莱赫”党卫军装甲师）。然而，第二十四军所辖3个师在什么地方、还有多少人？巴尔克毫不知情。他们可能躲在日托米尔以东的森林里，巴尔克认为应该去解救这3个装甲师。
拥挤不堪的日托米尔市使第四十八装甲军的处境开始恶化。这里的情况太混乱了，除了后勤部队外，还有德军第四装甲集团军的一个炮兵师，两万多人和上千车辆堵在大街上。由于没有道路，从北面开来的第四十八装甲军所部第一、第七和“莱布什坦达特”装甲师将穿过日托米尔大街，这会使市区更加混乱。巴尔克在该市采取了一些严厉措施后，第一装甲师才勉强通过日托米尔，向东挺进，搜寻第二十四装甲军的残部。第一装甲师及时向巴尔克发来报告：“我师已经突破苏军的重重封锁，找到了‘莱赫’党卫军装甲师和第八装甲师师部。第十九装甲师和第八装甲师的一部被苏军包围在南部地区。”
巴尔克与第十九装甲师取得无线电联系后，命令该师向日托米尔以南突围，“莱布什坦达特”装甲师奉命在那里接应。然而，日托米尔太拥挤了，“莱布什坦达特”装甲师的坦克群只能艰难地向前蠕动。第十九装甲师用无线电台向巴尔克报告：“我们遭到敌军几十辆坦克和步兵部队的进攻，我们的燃油已经用尽，请求援助，请求援助！”不久，联系便中断了。巴尔克不知道苏军的虚实，不敢派“莱布什坦达特”装甲师贸然赶去救援，这很可能使第十九装甲师被歼灭。6小时后，第十九装甲师再次向巴尔克发来电报：“我们终于向西撤出来了。”
12月26日，德军第二十四装甲军所部第十九装甲师、第八装甲师一部在沃利查与第四十八装甲军的“莱布什坦达特”装甲师终于合兵一处。苏军正在源源不断地向日托米尔方向集结兵力，巴尔克担心苏军会在27日发动猛烈攻势。于是，巴尔克决定在日托米尔以东抓紧建立一道新的防线。
德军第四装甲集团军司令劳斯命令巴尔克向南发动反攻，以反攻来防守卡扎廷-贝尔吉切夫地区。劳斯担心苏军进攻这一地区，一旦苏军进攻得手，会切断铁路干线。第聂伯河弯曲部的德军主要依赖这条铁路干线供应补给。苏军已经攻下了卡扎廷。巴尔克立即行动起来，准备发动反攻。
12月27日，德军“莱布什坦达特”装甲师抢占了贝尔吉切夫以东地区。
同一天，希特勒在大本营召开紧急会议。会议讨论了南方集团军群总司令曼施坦因提出的报告：“部分兵力从第聂伯河弯曲部撤走，撤离尼科波尔，缩短防线201公里。”希特勒不同意撤退，他指出，一旦从第聂伯河弯曲部撤退，将会使苏军能集中兵力对付克里米亚的A集团军群；苏军一旦占领克里米亚半岛，将对德国与罗马尼亚、土耳其的关系产生“致命”的后果。北方集团军群总司令屈希勒尔和最高统帅部作战局局长约德尔等人认为保存实力最重要，因此请求希特勒批准曼施坦因的报告，并把克里米亚的德军全部撤走。
在屈希勒尔等人的反对下，希特勒没有做出任何决定。他最后说：“那就等着瞧吧，以前经常出现类似情况，你们总是说事态的发展没有出路。结果呢，并不像你们想象的那样糟糕，主要是大家不能惊慌！”
12月28日，德军第四十八装甲军直扑卡扎廷。此时的第四十八装甲军只剩下150辆坦克，而苏军在卡扎廷拥有500辆坦克。
12月29日，德军第四十八装甲军所部“莱布什坦达特”装甲师遭到苏军140辆坦克的反攻；第一装甲师占领了一些阵地，但是很快遭到强大的苏军反攻。“莱布什坦达特”装甲师击毁苏军68辆坦克，但该师的阵地多处被苏军突破，40辆苏军坦克直插该师的后方。为了摆脱困境，巴尔克将两个装甲师撤回贝尔吉切夫。
同一天，德军南方集团军群总司令曼施坦因把第一装甲集团军从第聂伯河弯曲部撤到第四装甲集团军所在地区。转隶到南方集团军群的第六集团军继续防守第聂伯河弯曲部。
12月30日凌晨，天气寒冷，地面结冰。德军第四十八装甲军的撤退遇到了麻烦，处境十分危急。“莱布什坦达特”装甲师必须在苏军坦克群中杀出一条血路。第七装甲师的撤退也是严重受阻。中午时分，第四十八装甲军终于建立了新防线。
12月30日中午，希特勒召开了高级军事会议。北方集团军群总司令屈希勒尔介绍了战况，言谈之中对从他那里给其他集团军群抽调部队表示不满。屈希勒尔主张在苏军发动进攻之前就开始向“美洲豹”防线撤退。然而，他这个请求遭到决不自动放弃所占土地的希特勒的反对，因为这会促使芬兰下决心退出战争。
30日下午，德军击退了强大的苏军，摧毁苏军67辆坦克。激战中，德军发现苏军坦克后面的步兵不像过去那样密集，苏军俘虏中大部分都是十四五岁的孩子。俘虏们说，斯大林曾在11月17日发布公告，号召凡是会开汽车和拖拉机的人一律参军开坦克。许多苏军俘虏刚学会开坦克就投入战斗，根本未接受过坦克战训练。
总的来说，在第四装甲集团军司令劳斯的指挥下，西乌克兰地区的德军防御战还算成功。德军没有死守防线，而是建立了“只能弯不能折”的非固定防线。这样一来，苏军就很难围歼德军，而劳斯利用一切可乘之机发动反攻，反而歼灭了大量苏军。然而，苏军源源不断地补充兵力，终于在1943年的最后一天收复了日托米尔。