Это означало, что немецкую оборону придётся допрорывать. Такое случалось, когда пехота выдыхалась и, чтобы не упустить инициативу и не погубить начатое дело, в дело бросали танки. Манёвр мог быть крайне опасным, особенно если в глубине немецкой обороны была развёрнута сильная противотанковая оборона — артиллерия, окопанные танки, самоходки. Но Жукова, ещё на Халхин-Голе успешно применившего массированную танковую атаку, остановить уже было нельзя.

И танки ринулись вперёд.

Уже через несколько часов корпуса Катукова и Ротмистрова, проломив вторую полосу обороны противника, вышли к железной дороге Томаровка — Белгород и разъяли Белгородский и Томаровский узлы сопротивления. Однако на рубеже речки Гостёнки немцы остановили 29-й и 18-й танковые корпуса. Стали расти потери. Авиационная и артиллерийская поддержка не помогали. И тогда Ротмистров ввёл в бой второй эшелон — 5-й гвардейский Зимниковский механизированный корпус. Однако корпус, который уже начал движение вперёд, по приказу Ватутина, пришлось срочно поворачивать в район Белгорода, где наметился наибольший успех. А вперёд Ротмистров бросил отряд генерала Труфанова.

Тем временем успех наметился и в полосе наступления танковой армии генерала Катукова и 6-й гвардейской армии генерала Чистякова. Соседи вышли к шоссейной и железной дорогам Харьков — Сумы и перехватили их в районе Богодухова.

А корпуса Ротмистрова перебрасывали на участок действий 32-го гвардейского стрелкового корпуса генерала А. И. Родимцева (5-я гвардейская армия) для нанесения удара на узком участке в обход Харьковской группировки противника с юга. За двое суток танки были переброшены в исходный район. Но немецкая разведка обнаружила манёвр танковой армии и нанесла упреждающий удар.

Вместо наступления пришлось обороняться. Перед танковыми корпусами Ротмистрова и стрелковым корпусом Родимцева оказались старые знакомые — танковые дивизии СС «Дас Рейх» и «Мёртвая голова». Так что информация об отведении в тыл и в район Орла II танкового корпуса СС оказалась коварной дезой.

«Поле боя в тот день, — вспоминал П. А. Ротмистров, — напоминало одну из картин сражения под Прохоровкой. Всюду горели вражеские и наши танки, громоздились разбитые противотанковые пушки, бронетранспортёры, автомашины и мотоциклы, полыхали в пламени пожара колхозные постройки и скирды соломы, кругом стлался сизо-чёрный дым».

В те дни танковую армию Ротмистрова передали в состав Степного фронта. Войска И. С. Конева должны были заблокировать немецкую группировку в Харькове и окрестностях и дожать её в полной изоляции. По замыслу командования именно танки Ротмистрова должны были стать основной ударной силой для манёвра в обход Харькова с запада с целью окончательно заклепать формируемый «котёл». Однако в оборонительных боях под Богодуховом 5-я гвардейская танковая армия понесла значительные потери и уже не представляла той силы, которая начинала своё участие в операции «Полководец Румянцев». С 11 по 20 августа её потери составили около 700 человек личного состава, 65 танков Т-34 и 22 Т-70, 27 орудий, 5 миномётов калибра 120-мм, 49 автомашин.