Основная германская группировка разделилась на несколько боевых групп численностью от 300 до 1200 человек пехоты с минометами, каждая группа в сопровождении 5—20 танков и штурмовых орудий, которые в период с 3 до 13 часов 7 августа предприняли на разных участках от шести до двенадцати атак в южном направлении [762] . Основной удар пришелся на участке в районе Березовки, занятом 21-й гв. тбр 5-го гв. тк полковника Овчаренко и частями 13-й гв. сд генерала Бакланова. При отражении атаки на северо-западные окраины Березовки погиб командир артдивизиона 13-й дивизии Герой Советского Союза майор Иван Михайлович Быков. Вместе с тем, по свидетельству самого генерала Бакланова [763] : «…большую часть немцев охватила паника, и они прорывались на широком фронте без какой-либо организации, бежали по всем проселочным дорогам, прямо по полям, вдоль глубоких оврагов, бежали, охваченные страхом смерти, и в этом неудержимом и безоглядном бегстве таилась некая грозная сила – сила отчаяния». Страх перед окружением у немцев был так велик, что в некоторых местах им удалось мелкими группами пробиться на юг.

По советским данным [764] , в целом прорыв не удался, и к исходу 7 августа томаровско-борисовская группировка была полностью ликвидирована, а потери немецких войск составили свыше 5 тыс. солдат и офицеров убитыми, от 450 до 2 тыс. пленными, приблизительно 100 танков (из них около 50 уничтожено, от 20 до 45 захвачены исправными в ремонтных мастерских, хотя часть из них была заминирована), от 100 до 500 автомашин. В то же время генерал Жадов указывает [765] , что остатки разгромленных немецких дивизий в беспорядке отступили на Грайворон и Ахтырку. Информация ГШ Красной армии свидетельствует, что все соединения, входившие в томаровско-борисовскую группировку, в дальнейшем принимали участие в боевых действиях на Богодуховском и Ахтырском направлениях, причем, по некоторым сведениям, к 31 августа в частях 19-й тд еще насчитывалось 39 танков, из которых 9 боеготовых [766] . Учитывая общую численность окруженной томаровско-борисовской группировки – до 20 тыс. солдат и офицеров, из окружения, по-видимому, вышло около 10 тыс. военнослужащих. Однако при этом немцами была потеряна вся артиллерия и транспорт.

По утверждению Вернера Хаупта [767] , разбитые в боях 19-я танковая, 57, 255 и 332-я пехотные дивизии вынуждены были пробиваться на запад сквозь боевые порядки противника, однако им удалось прорваться благодаря поддержке, оказанной со стороны 11-й тд под командованием генерала Йоханна Микля (Johann Mickl), и затем соединиться с частями мд «Великая Германия».

Выход 13-й гв. тбр 4-го гв. тк на Грайворон крайне осложнил положение группы генерала Шмидта, поскольку теперь русские надежно заблокировали основные коммуникации, идущие в юго-западном направлении, образуя внешнюю линию окружения группы. Стремясь помочь своим войскам, командование 48-го тк к утру 7 августа подтянуло в район Грайворона боевую группу 11-й тд – до полка панцер-гренадер с танками и штурмовыми орудиями. Этими силами немцы с ходу атаковали 13-ю гв. тбр полковника Баукова, которая удерживала позиции на восточной окраине Грайворона, и связали боем 12-ю танковую и 3-ю мотострелковую гвардейские бригады 4-го гв. тк, а также части 163-й сд 27-й А, которые 7 августа подошли к Грайворону с северо-запада. Для преодоления вражеского сопротивления штаб 4-го гв. тк запросил помощи авиации, поэтому 202-я и 293-я бомбардировочные дивизии полковников Степана Нечипоренко и Гурия Грибакина из состава 1-го бак полковника Ивана Полбина направили на бомбардировку противника в районе Грайворона пять групп самолетов общим количеством 39 машин [768] . После авиационного удара, обстрела артиллерии 27-й А и атаки танков 4-го гв. тк, поддержанных стрелковыми частями, немцы отступили от Грайворона, причем в этих боях погиб подполковник Георг Вильгельм (Georg Wilhelm), командир 911-го батальона штурмовых орудий, по-прежнему действовавшего совместно с 11-й тд [769] . Вместе с тем, хотя 11-й тд не удалось освободить дорогу через Грайворон на юг – на Большую Писаревку, ее атаки не позволили русским нанести удар по частям томаровско-борисовской группировки, отступающим от Борисовки.

По информации свидетеля, находившегося во время войны в среде германского военно-политического руководства, – немецкого историка и журналиста Пауля Кареля (Карелл, Paul Karell, настоящее имя Пауль Карл Шмидт (Paul-Karl Schmidt) [770] , в целом подтверждаемой советскими источниками, отход томаровско-борисовской группировки немецких войск осуществлялся по единственной остававшейся свободной грунтовой дороге, вдоль которой на несколько километров растянулась колонна автомашин, танков и артиллерии четырех немецких дивизий, причем германская авиация пыталась замаскировать их отступление и пикировала на колонну, чтобы создать видимость движения частей Красной армии. Однако колонна все-таки была обнаружена и оказалась под огнем артиллерии 27-й А ВорФ. При этом генерал Шмидт или застрелился, чтобы избежать плена, или был убит осколком авиационной бомбы [771] , так что общее командование отходящими германскими частями принял командир 255-й пд генерал Вальтер Поппе (Walter Poppe), а командование 19-й тд – в период до 17 августа командир дивизионного 27-го тп полковник Оскар Соргель (Oskar Soergel), а затем полковник Ганс Келлнер (Кэллнер, Hans Köllner).

По свидетельству командующего артиллерией 27-й А генерала Федора Васильевича Рыжкова (Рышкова) [772] , 7 августа поступили сведения, что из района Головчино в тыл советских войск, занявших Грайворон, движется большая колонна немецких войск. Немедленно выехав на окраину Грайворона, генерал Рыжков убедился в достоверности информации и отдал приказ на уничтожение противника, после чего по вражеской колонне открыли огонь в общей сложности около 60 орудий армейской артиллерии и приданных частей 17-й артдивизии 7-го акп РГК, включая тяжелые 152-мм гаубицы и реактивные установки. Командир батареи пушечного артполка 17-й артдивизии старший лейтенант Александр Барданов отличился в этом бою тем, что развернул пушки батареи на прямую наводку и уничтожил 15 немецких танков и 10 бронемашин, за что впоследствии ему было присвоено звание Героя Советского Союза. С воздуха колонну отступающих немцев атаковала четверка самолетов-штур мовиков из состава 5-го шак генерала Каманина [773] . В результате артобстрела и авиаударов колонна оказалась разгромлена, было убито и ранено более 500 солдат и офицеров противника, уничтожено до 50 танков и штурмовых орудий, около 30 орудий и минометов, а также множество автомашин, повозок, полевых кухонь.

Хотя значительным силам германской группировки удалось прорваться восточнее Грайворона, все поля и проселочные дороги в районе от Борисовки до Грайворона представляли кладбище сгоревших и подбитых немецких танков, орудий, автомашин и другой техники и вооружения. Немецкая 4-я ТА потерпела крупную неудачу, которую после гибели генерала Шмидта германское командование, по-видимому, предпочло связать с действиями 11-й тд. Генерал Микль 10 августа был смещен с должности и переведен в резерв (с 18 августа стал командиром 392-й хорватской пд, формировавшейся в Деллерсхейме, Германия), а на его место 12 августа назначен полковник Венд Витерсгейм (Витерсхейм, Wend Wietersheim).

По мнению Д. Гланца и Дж. Хауза [774] , упорная оборона наполовину окруженных немецких войск на флангах участка прорыва ВорФ подорвала мощь наступления 1-й и 5-й гвардейской танковых армий, задержав развитие ими успеха в юго-западном направлении, что позволило подойти и вступить во встречный бой подвижным резервам немцев, которые окончательно остановили советский натиск.

В действительности ударная группировка ВорФ продолжала развивать наступление в глубину неприятельской обороны одновременно с проведением операции по ликвидации войск противника в районе Томаровки, Борисовки и Головчино. В особенности быстрыми темпами 6 и 7 августа наступали 1-я и 5-я гвардейская танковые армии, которые легко преодолевали сопротивление вражеских арьергардов.