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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師后，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集團軍也被迫后退。到了4月6日，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，除了在此前的戰斗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裝甲師的戰斗中損失慘重），還有剛剛趕到戰場的機械化第８軍（軍長里亞貝舍夫少將）和機械化第９、１９軍。對于這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“－３４”型坦克２００輛，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于奔命。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集團軍后，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５日黃昏，在進至上述進攻出發地后，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，并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。軍長里亞貝舍夫少將后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里釋放出來（在那里，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‘－２６’坦克、‘－５’坦克和少量的‘－７’坦克。我明白。它們經不住長時間的戰斗。更糟糕的是，就是這樣的坦克裝備數量也只有編制數的三分之一（２８５輛舊式坦克）。再看看我們坦克師所屬的摩托化步兵吧！編制規定的車輛沒有。而且由于名義上是摩托化的，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……”
盡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，但由于形勢緊張，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采取反擊行動。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。由于在上述各軍之間未能取得必要的聯系，自然也談不上什么戰術協同，各軍在反擊中實際上都是在孤軍奮戰。
在整個作戰中，里亞貝舍夫少將指揮的機械化第８軍的反擊處于特殊重要的地位。它的成敗關系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３日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“”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６日清晨。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了解到了紅軍機械化第８軍的意圖，并且做好了充分準備。而他的那位幾乎沒有任何情報來源的對手、紅軍少將里亞貝舍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。而且出于無法解釋的理由，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６日上午９時，在坦克數量上占優勢的蘇軍機械化第８軍發動了沖擊。結果卻遇上了一條雖然不寬，但兩岸都是沼澤的河流。由于匆忙發動進攻的蘇軍在戰斗前沒有進行地形偵察。機械化第８軍此前并不知道有這么一條河橫在面前。但現在戰斗已經開始，重新選擇進攻出發地域已經不可能了。機械化第８軍軍長里亞貝舍夫少將只得派出摩托化分隊去占領該河北岸，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，戰斗規模隨即擴大。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后仍然滿不在乎的前進。但在這次戰斗中。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。
由于經過長時間行軍，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，甚至軍長里亞貝舍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“”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摩托化重型高射炮營的９０毫米口徑高射炮集中在蘇軍必經的橋梁附近，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。
當天夜里，進攻嚴重受挫，損失慘重的紅軍機械化第８軍被迫退出了戰斗。４月７日晨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里亞貝舍夫少將，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。于是按照這道事實上已經失效的命令，機械化第８軍將撤退的后隊改為前隊，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輛坦克緊隨其后。靠著最后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。
盡管華軍第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余輛坦克（包括大量重型坦克）的猛烈沖擊下被突入了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，他們的殘余兵力正在握有制空權的華軍追擊下后撤。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里，充作掩體抵擋華軍的攻擊。在絕對優勢華軍的圍攻下，該軍只能組織最后一批裝甲車輛分股拼死突圍。６月２９日，突圍部隊遭到華軍步兵、炮兵和坦克部隊的阻擊。在殘酷的戰斗中，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。里亞貝舍夫軍長親眼目睹了他的坦克被擊中后起火燃燒的場面。
盡管損失慘重，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。但到他們撤出重圍后，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軍三個軍在反突擊后剩下的坦克加在一起也不過１００余輛而已。在紅軍的戰斗中，南方集團軍群的華軍損失也并不輕微。到７月２０日，第１裝甲集群的第１６裝甲師戰斗人員只剩不到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軍陷入苦戰并遭到慘敗的同時，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。雖然采取了種種措施。但方面軍司令部卻無法與機械化第８軍取得聯系，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后，到４月８日實際已被華軍擊退，而機械化第４軍好像就沒有能夠組織起什么像樣的進攻。
嚴峻的形式迫使東南方面軍司令部終于認識到：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并積極其監督執行的瓦舒金，則由于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。轉而陷入絕望并開槍自殺。殘酷的事實迫使方面軍司令部里還活著的人們清醒了過來，他們終于明白，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，只能向后撤退。對于這一點，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７日夜，蘇軍第２６、１２集團軍受命在夜色的掩護下撤出了戰斗。４月９日夜間。其它方向的蘇軍開始邊打邊撤，并將沿途的橋梁破壞殆盡，這是戰爭開始以來，紅軍第一次成功地大規模破壞橋梁。４月１０日，已被蘇軍放棄的城市被華軍占領。
同一天。東南方面軍奉統帥部的命令從突出部撤向后方的“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于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后方。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系，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１０日夜間開始；中央的第６、２６集團軍在４月１１日夜間開始。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１１日起對中國第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個精銳師。
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并遭到了嚴重的損失，已經沒有多少火炮和坦克的蘇軍在戰斗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。
但這次戰斗也并非毫無意義：在經受了紅軍這一系列的猛打猛沖之后。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１１日，第１裝甲集群暫時轉入防御，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９日便發現蘇軍有后撤的跡象，但直到４月１３日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裝甲集群并沒有按照原計劃對蘇軍縱深長驅直入，而是在和紅軍后衛部隊的一系列艱苦的交戰中緩慢前進。
