在德军第48摩托化军的侦察机发现了苏联机械化军的重新集结和进攻，可是胡贝的第16装甲师还是在对手200余辆坦克（包括大量重型坦克）的猛烈冲击下被突入了30多公里。一些苏联坦克甚至穿插到了德军第11装甲师的后方，几乎切断了这个师的补给线，德国第57步兵师也遭到了重创。一时间，德国第1装甲集群右翼后方乱成一团，甚至惊动了陆军总参谋长哈尔德。
但是，机械化第8军的反击毕竟孤立无援。在它的侧翼，红军其他机械化军的反击都失败了：第9机械化军与德国第13、14装甲师遭遇，被重创后转入防御；第19机械化军一度击退了德国第11装甲师右翼，但因为得不到第9机械化军的支援，最后也败下阵来。此时，两个机械化军的残余兵力正在握有制空权的德军追击下后撤。而第15机械化军正忙着修理受损的坦克。因此，机械化第8军上述的进展反而使其孤军深入，陷入即将被合围的危险之中。
危险很快就变成了现实。德军第16装甲师在第11装甲师部分兵力和由第14摩化军调来的第16摩托化师，以及3个步兵师（含新增的第75、111步兵师）的配合下，以绝对优势兵力，很快便堵住了苏军的突破口，进而包围了孤军奋战的第8机械化军。此时，经过一周的激烈交战，第8机械化军还剩19000人，有207辆坦克（含41辆KV-1和31辆T-34坦克）和21辆装甲汽车。更糟糕的是，该军的坦克弹药、油料几乎耗尽。俄国士兵们只好把那些没有了燃料的坦克埋进地里，充作掩体抵挡德军的攻击。
在绝对优势德军的围攻下，第8机械化军只能组织最后一批装甲车辆分股拼死突围。6月29日，突围部队遭到德军步兵、炮兵和坦克部队的阻击。在残酷的战斗中，第8机械化军第12坦克师师长米沙宁少将所乘坐的坦克被德军击毁，米沙宁本人战死。里亚贝舍夫军长亲眼目睹了他的坦克被击中后起火燃烧的场面。
尽管损失惨重，已经被打得七零八落的第8机械化军的一些部队还是得以突出合围。但到他们撤过第聂伯河后，全军只剩不到10%的坦克和21%的装甲车，损失掉的700多辆坦克中被德军击毁的大约只有120—200辆。由于损失太大，第8机械化军被解散了。
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