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8月10日，红军部队因燃油和弹药不足，没能继续前进。

8月11日，德军反攻开始了。

此时，罗特米斯特洛夫手下已经有111辆坦克不可修复损毁，部队里只剩下80辆T-34中型坦克，18辆T-60和T-70轻型坦克。

卡图科夫的指挥风格非常稳重，部队损失相对较少，有41辆坦克不可修复损毁。此时卡图科夫手下，还有180辆T-34中型坦克，17辆美国援助的M-3中型坦克，50辆T-70轻型坦克，9辆BT-7轻型坦克，还有18辆英国援助来的瓦伦丁轻型坦克——倒着开的奇葩坦克歼击车。

红军的坦克数量相对德军还是占据绝对优势的，但红军的坦克被均匀的铺在了战场上，没有像德军那样集中作战。

仅仅是一个上午的时间，红军近卫第3装甲军——罗特米斯特洛夫的嫡系部队便被整个的包围。卡图科夫立刻动用自己的嫡系部队——近卫第1装甲军前去救援，总算是赶在天黑前成功打破包围圈。

但罗特米斯特洛夫手下，第49装甲旅和第17装甲旅没能成功突围，和后方失去了联系。

次日，红军近卫第6集团军被分割，三个师和后方失去了联系。

两天之内，出现的不是瓦图京梦想中的占据两条铁路线，而是接连两次的惨败。在这种情况下，恐怕第四次卡尔科夫战役又要重复第三次卡尔科夫战役的失败。

在这样的劣势之中，卡图科夫再一次越过瓦图京，直接联系了莫斯科的总参谋部。卡图科夫发电报说：

【我部距离卡尔科夫-波而塔瓦铁路约2-3公里，但因缺少炮兵，我们无法阻止这条道路上敌军的调度。敌军反攻时机已经成熟，总参谋部需要早做准备。】

总参谋部收到卡图科夫的电报后，迅速和瓦图京安排了电话通讯。瓦图京对自己战线侧翼出现四个德军装甲师的事情并不上心，他坚持称：德军目前的反击只是为了掩护主力撤退，红军已经胜券在握。

由于斯大林同志给的压力，再加上瓦图京确实信心十足，莫斯科总参谋部便默许了瓦图京在卡尔科夫继续进行全面进攻的策略。

卡图科夫的电报，再一次被留中不发，石沉大海。

8月12日，卡图科夫被迫命令部队在没有火炮和飞机掩护的情况下直接进攻铁路线。同时，德军武装喵卫队第三骷喵装甲师奉命从侧翼进攻卡图科夫的进攻区域。

德军武装喵卫队十大王牌之一的第三骷喵装甲师，对上红军装甲王牌近卫第一坦克集团军，谁胜谁负，仍未可知。抱着这样的信念，第31装甲军，第6装甲军分别从自己的部队里分出第200装甲旅，第122装甲旅和第163步兵师前去阻止德军前进。

并且在一个小时之后，卡图科夫手下王牌中的王牌，近卫第1装甲旅——由卡图科夫最初的第四装甲旅改编而来的部队也加入到了进攻之中。

然而，王牌对王牌的战斗，是卡图科夫的全面失败。

第200装甲旅损失8辆T-34中型坦克之后退出了进攻队伍。

第122装甲旅损失13辆T-34中型坦克之后退出了进攻队伍。