在紅軍第5集團軍失利的同時，紅軍第6集團軍反擊的卻還比較順手，特別是該集團軍下屬的步兵第159師在重創了華軍第4軍步兵第254師後，幾乎打到了國境線，而機械化第4軍（紅軍最強大的一個機械化軍）則企圖在這個方向發起一次強大的攻擊。但第5集團軍的撤退和陣地的失守，使第6集團軍的左翼暴露給了中國人。為了防止被合圍，第6集團軍也被迫後退。到了4月6ri，紅軍第5、6集團軍之間形成了80公里的空隙。張至忠上將指揮下的中國第1裝甲集群正利用這一空隙快速推進。此時，堵在這個空隙之間阻擋中國第1裝甲集群前進的蘇軍，除了在此前的戰鬥中已被嚴重削弱的卡爾別卓指揮的機械化第15軍外（這個軍此前在與中國第11裝甲師的戰鬥中損失慘重），還有剛剛趕到戰場的機械化第8軍（軍長裡亞貝捨夫少將）和機械化第9、19軍。對於這3個軍來說，他們的調動過程簡直是災難。以蘇軍機械化第8軍為例，在開戰時，該軍擁有坦克858輛（內有「t－34」型坦克200輛，kv重型坦克171輛），其實力超過蘇聯全軍中除機械化第4軍以外的任何一個軍。但該軍也是在邊境交戰中調動距離最遠的一個軍。從戰爭開始到現在，機械化第8軍在各上級司令部相互矛盾的命令下疲於奔命。它一會兒按第26集團軍的命令行軍80公里到達桑達市以西。一會兒又奉命開到切爾卡爾以東；而在被劃歸第6集團軍後。該軍又根據新上級的指示開進到尼西沃夫；緊接著，機械化第8軍又在東南方面軍司令部的直接指揮下，迅速趕往奧爾斯克地區集結。4月5ri黃昏，在進至上述進攻出發地後，機械化第8軍已經在中國飛機的不斷襲撓下行軍400多公里，並在這一過程中丟失了約50％的坦克和火炮，剩下的坦克燃料也即將耗盡。軍長裡亞貝捨夫少將後來在作戰報告中寫道：「在坦克師通過的地方，到處都丟下數量眾多、發生故障的重型坦克。」
機械化第9、19軍在調動中的遭遇不比機械化第8軍好多少。缺乏運輸車輛的機械化第9軍純粹靠該軍軍長羅科索夫斯基在戰爭第一天便大膽的弄走了方面軍的全部200輛預備車輛，才得以完成行軍。如果考慮到這位曾遭受迫害的將軍不久前剛剛從內務人民委員部的監獄裡釋放出來（在那裡，他被打掉了幾顆牙齒）。不能不承認這個人確實是「膽大包天」。這位蘇聯將軍在回憶錄當中寫道：「在行軍中，我痛心地看著我們老式的『t－26』坦克、『bt－5』坦克和少量的『bt－7』坦克。我明白，它們經不住長時間的戰鬥。更糟糕的是，就是這樣的坦克裝備數量也只有編製數的三分之一（285輛舊式坦克）。再看看我們坦克師所屬的摩托化步兵吧！編製規定的車輛沒有。而且由於名義上是摩托化的。所以既沒有馬車，也沒有馬。我根本不知道該如何讓部隊擺脫這樣的狀況……」
儘管各軍在調動過程中損失巨大、人員極度疲乏、車輛磨損嚴重，但由於形勢緊張，東南方面軍司令部不但沒有給這些機械化軍任何準備時間，反而命令各機械化軍必須立刻採取反擊行動。按照計劃，機械化第9、19軍將由庫斯坦奈以東；機械化第8、15軍由布羅迪以北及東北地區；機械化第4軍從切爾卡爾東北，對正在深入的中國裝甲部隊發動反擊。由於在上述各軍之間未能取得必要的聯繫，自然也談不上什麼戰術協同，各軍在反擊中實際上都是在孤軍奮戰。
在整個作戰中，裡亞貝捨夫少將指揮的機械化第8軍的反擊處於特殊重要的地位。它的成敗關係到是否能夠阻止中國第1裝甲集群分割東南方面軍的企圖。為此，朱可夫在4月3ri曾親自來到這個軍的司令部視察，該軍軍長及參謀人員在華軍空襲中表現出來的高昂士氣給他不錯的印象。該軍雖然在行軍中丟失了大約一半的坦克，但仍然有大約400輛開到了戰場，其中包括30至40輛「kv」重型坦克。雖然存在種種缺點，但這仍然是一支不可輕視的力量。
4月6ri清晨，機械化第8軍在寬約22公里的正面展開，其當面是華軍第16裝甲師（約140輛坦克）。第16裝甲師是一個在原步兵第16師基礎上組建的新師，指揮這個裝甲師的是曾毅少將。此時，通過時刻在空中盤旋的偵察機和地面部隊的嚴密偵察。這個經驗豐富的中國裝甲部隊指揮官已經瞭解到了紅軍機械化第8軍的意圖，並且做好了充分準備。而他的那位幾乎沒有任何情報來源的對手、紅軍少將裡亞貝捨夫卻只能在敵情不明、彈藥油料不足的情況下強行發動進攻。而且出於無法解釋的理由，他的機械化軍還必須把一部分兵力交給旅級政委波別爾指揮，雖然此人非常缺乏指揮大規模作戰的能力。
4月6ri上午9時，在坦克數量上佔優勢的蘇軍機械化第8軍發動了衝擊。結果卻遇上了一條雖然不寬，但兩岸都是沼澤的河流。由於匆忙發動進攻的蘇軍在戰鬥前沒有進行地形偵察。機械化第8軍此前並不知道有這麼一條河橫在面前。但現在戰鬥已經開始，重新選擇進攻出發地域已經不可能了。機械化第8軍軍長裡亞貝捨夫少將只得派出摩托化分隊去佔領該河北岸，以掩護坦克部隊渡河。
時刻掌握著蘇軍動向的中國人當然沒有放過這個有利的機會。配合第16裝甲師行動的步兵第57師炮兵部隊迅速組織起猛烈的火力急襲。呼嘯而來的一排排重炮炮彈摧毀了大量正在渡河的蘇聯坦克。與此同時。蘇軍的先頭坦克部隊與華軍裝甲16師第6坦克連發生了遭遇戰，戰鬥規模隨即擴大。蘇軍的坦克炮手們驚奇地看著華軍新式的「灰狼」坦克在被他們打得滿是彈痕後仍然滿不在乎的前進。但在這次戰鬥中，蘇軍還是宣稱擊毀和繳獲了8輛中國坦克，消滅了2個中國摩托化營，向前推進了4至12公里。
由於經過長時間行軍，蘇軍坦克的油料已經消耗得差不多了。在空中，華軍第4航空隊對幾乎沒有得到一架蘇聯飛機支援的機械化第8軍的襲擊持續不斷，使該軍所屬部隊，特別是右翼的坦克第12師損失了大量的裝備和人員，甚至軍長裡亞貝捨夫少將本人也在空襲中受了重傷。不得不由副軍長接替了他的指揮。
相比之下，機械化第8軍右翼的坦克第34師的攻勢則比較順利。該師憑借「kv」重型坦克強大的火力和堅固的裝甲，不顧一切地突破了華軍的陣地，進而直接威脅到了中國裝甲部隊的通道。面對危急形勢。中國人迅速做出了反應。他們將空軍配屬的第1摩托化重型高she炮營的90毫米口徑高she炮集中在蘇軍必經的橋樑附近，擊毀了許多沒有步兵掩護、彼此缺乏戰術協同的蘇聯坦克（中方宣稱摧毀了30至40輛），從而阻止了蘇軍坦克第34師的攻勢。
當天夜裡，進攻嚴重受挫，損失慘重的紅軍機械化第8軍被迫退出了戰鬥。4月7ri晨4時，東南方面軍允許其全面撤退的命令下達到了該軍。可是過了不到3個小時，已經在撤退過程中的機械化第8軍又接到了方面軍重新發動進攻的命令，緊接著方面軍軍事委員瓦舒金本人來到該軍司令部。這個脾氣暴躁的軍事委員氣勢洶洶的告訴已經身負重傷的軍長裡亞貝捨夫少將，如果不執行進攻命令，就要槍決他。可極具諷刺意味的是。就在這個時候，方面軍司令部已經撤銷了瓦舒金帶來的這道命令，而他本人和無法與上級取得通訊聯絡的機械化第8軍都不知道這個新情況。於是按照這道事實上已經失效的命令，機械化第8軍將撤退的後隊改為前隊，以坦克第12師的25輛坦克為前導，坦克第34師及坦克第12師一部共計180輛坦克緊隨其後，靠著最後一點燃料發動了新的攻勢。長長的紅軍坦克縱隊踏上了絕望的征程。
儘管華軍第48裝甲軍的偵察機發現蘇軍機械化軍的重新集結和進攻，可是曾毅的第16裝甲師的陣地還是在對手200餘輛坦克（包括大量重型坦克）的猛烈衝擊下被突入了30多公里，與其友鄰的裝甲11師的補給線有被切斷的危險，而中國步兵第57師則遭到了重創。但是機械化第8軍的反擊畢竟是孤立無援：在該軍的側翼。紅軍其他機械化軍的反擊實際上已經失敗了，他們的殘餘兵力正在握有制空權的華軍追擊下後撤。因此，機械化第8軍上述的進展反而使其陷入孤軍深入、即將被合圍的危險之中。
危險很快就變成了現實。華軍裝甲第16師在裝甲第11師部分兵力和由第14摩化軍調來的摩化第16師以及3個步兵師的配合下，以絕對優勢的兵力，很快便堵住了蘇軍的突破口。進而包圍了孤軍奮戰的機械化第8軍。此時，經過長時間的交戰、得不到補充的機械化第8軍的坦克彈藥、油料幾乎耗盡。蘇軍只好把那些沒有了燃料的坦克埋進地裡，充作掩體抵擋華軍的攻擊。在絕對優勢華軍的圍攻下，該軍只能組織最後一批裝甲車輛分股拚死突圍。6月29ri，突圍部隊遭到華軍步兵、炮兵和坦克部隊的阻擊。在殘酷的戰鬥中，機械化第8軍坦克第12師師長米沙寧少將所乘坐的坦克被華軍擊毀，米沙寧本人戰死。裡亞貝捨夫軍長親眼目睹了他的坦克被擊中後起火燃燒的場面。
儘管損失慘重，已經被打得七零八落的機械化第8軍的一些部隊還是得以突出合圍。但到他們撤出重圍後。全軍只剩不到10％的坦克和21％的裝甲車。損失掉的700多輛坦克中被華軍擊毀的大約只有120輛。而蘇軍東南方面軍的機械化第4、8、15軍三個軍在反突擊後剩下的坦克加在一起也不過100餘輛而已。在紅軍的戰鬥中，南方集團軍群的華軍損失也並不輕微，到7月20ri，第1裝甲集群的第16裝甲師戰鬥人員只剩不到40％，第11裝甲師也只有40％的兵員，而第13、14裝甲師的情況僅僅比這2個師略好一點而已。
戰略撤退就在機械化第8軍陷入苦戰並遭到慘敗的同時，此前不久還為該軍所取得的暫時勝利而歡欣鼓舞的東南方面軍司令部正被失敗氣氛籠罩著。雖然採取了種種措施，但方面軍司令部卻無法與機械化第8軍取得聯繫，而其他機械化軍的情況也非常不妙。機械化第15、19軍發動的反擊在付出重大代價後，到4月8ri實際已被華軍擊退。而機械化第4軍好像就沒有能夠組織起什麼像樣的進攻。
嚴峻的形式迫使東南方面軍司令部終於認識到：他們和莫斯科都曾寄予厚望的反突擊已經徹底失敗了。當初極力主張這次突擊並積極其監督執行的瓦舒金，則由於巨大的失敗而失去了嚇唬機械化第8軍軍長時的洶洶氣勢，轉而陷入絕望並開槍自殺。殘酷的事實迫使方面軍司令部裡還活著的人們清醒了過來，他們終於明白。戰爭已經不可能推進到敵人的國土上了。要保存方面軍剩下的兵力，只能向後撤退。對於這一點，莫斯科也總算意識到了。不等東南方面軍請求，蘇軍統帥部便下達了戰略撤退的命令。
4月7ri夜，蘇軍第26、12集團軍受命在夜se的掩護下撤出了戰鬥。4月9ri夜間，其它方向的蘇軍開始邊打邊撤，並將沿途的橋樑破壞殆盡，這是戰爭開始以來，紅軍第一次成功地大規模破壞橋樑。4月10ri，已被蘇軍放棄的城市被華軍佔領。
同一天。東南方面軍奉統帥部的命令從突出部撤向後方的「斯大林防線」。對東南方面軍來說，要執行這個命令的前提條件是他們必須能夠先於張至忠指揮下的華軍第1裝甲集群到達防線。此時，該裝甲集群的部隊正從蘇軍第5，6集團軍之間快速插向蘇軍後方。對損失慘重、摩托化程度低的蘇軍來說，要想賽過這支龐大的中國快速集群幾乎是做不到的。
雖然形勢不利，但與東方方面軍相比，東南方面軍的撤退仍然是成功的。為了使比較靠西的第5、12集團軍能夠與其他部隊保持緊密的聯繫，方面軍命令各集團軍從不同的時間開始退卻：兩翼的第5、12集團軍在4月10ri夜間開始；zhōng yāng的第6、26集團軍在4月11ri夜間開始。為了防止華軍的穿插，東南方面軍還給每個集團軍指定了予以扼守的中間地區。
同時為了掩護撤退，波塔波夫將軍指揮的紅軍第5集團軍受命從4月11ri起對中國第1裝甲集群發動反擊。該集團軍為此動用了4個損耗嚴重的軍：步兵第27、31軍。機械化第22、9軍，其中步兵第27軍只有1個步兵師和1個團，而另一個師已經不知去向。他們所面對的是中國第1裝甲集群的5個jīng銳師。
和前幾次反擊一樣，蘇軍在沒有充足的裝備時間（不到一晝夜）、沒有空中掩護的情況下匆匆忙忙的向中國人發動了進攻並遭到了嚴重的損失，已經沒有多少火炮和坦克的蘇軍在戰鬥中大量使用了燃燒瓶（蘇聯的很多酒廠已經開始大量生產這種號稱「莫洛托夫雞尾酒」的武器）。他們所取得的最大進展是機械化第9軍用了3天時間才推進了區區15公里，而且很快就被中國人打退。
但這次戰鬥也並非毫無意義：在經受了紅軍這一系列的猛打猛衝之後。中國陸軍總參謀部感到西北集團軍群的裝甲師在沒有步兵掩護的情況下，側翼非常不安全。因此在4月11ri，第1裝甲集群暫時轉入防禦，以等待步兵師的到來。與此同時，中國陸軍總參謀部對整個南線戰場形勢的判斷也產生了錯誤：雖然他們早在4月9ri便發現蘇軍有後撤的跡象，但直到4月13ri總參謀長蔣百里還認為紅軍統帥部不會允許東南方面軍實施戰略撤退。在這些因素的制約下，中國第1裝甲集群並沒有按照原計劃對蘇軍縱深長驅直入，而是在和紅軍後衛部隊的一系列艱苦的交戰中緩慢前進。