Несмотря на понесенные потери, к исходу дня немецко-фашистским войскам все же удалось вклиниться в оборону войск Воронежского фронта на глубину до 24 километров. Пытаясь развить наметившийся успех, гитлеровское командование бросило из района южнее Ахтырки в направлении на Колонтаев главные силы танковой дивизии СС «Мертвая голова».
Но развития успеха не получилось. К исходу 20 августа 47-я и 40-я армии подошли к Ахтырке с севера и северо-запада, глубоко охватив левый фланг фашистских войск, наносивших контрудар. Затем в сражение вступила и 4-я гвардейская армия, ударив по Ахтырке с северо-востока.
Продвижение вражеских танков было окончательно остановлено. Немецко-фашистские войска получили приказ о переходе к обороне. Но Ватутин продолжал наращивать удары по противнику, теперь уже по войскам его правого крыла. В период с 22 по 25 августа части и соединения Воронежского фронта наголову разгромили вражескую группировку и освободили город Ахтырка.
Не лучше складывалась обстановка для противника, обороняющегося непосредственно в районе Харькова. 13 августа армии Степного фронта прорвали здесь внешний оборонительный обвод, находившийся в 8—14 километрах от города, а через несколько дней завязали бои на его северной окраине.
С каждым днем положение харьковской группировки немецко-фашистских войск все более осложнялось. А Гитлер продолжал настаивать на удержании Харькова. Однако 22 августа, во второй половине дня, поняв бесперспективность дальнейшей обороны города и опасаясь полного окружения, вражеское командование было вынуждено начать отвод своих войск из Харькова.
К полудню 23 августа город был полностью очищен от противника. А вечером того же дня Москва салютовала освободителям Харькова 20 артиллерийскими залпами из 224 орудий.
Успешное контрнаступление советских войск на белгородско-харьковском направлении как бы подвело итог под всей Курской битвой. За период с 3 по 23 августа только войска генералов Н. Ф. Ватутина и И. С. Конева разгромили 15 дивизий противника, из них 4 танковые. За три недели наступления войска Воронежского и Степного фронтов продвинулись с боями в южном и юго-западном направлениях в среднем на 140 километров.
26 августа в передовой статье газета «Правда» писала: «Родной Харьков вернулся в семью советских городов. Красное знамя снова взвилось над второй столицей Украины. Блестящей победой советского оружия завершилась гигантская битва... Под Харьковом разгромлены отборные немецкие дивизии, потерпел крушение гитлеровский план использования всей Украины как базы для снабжения разбойничьей немецкой армии. Заря освобождения ярко разгорается над Днепром. Чутко прислушиваются измученные, исстрадавшиеся советские люди и на левом и на правом его берегу к радостным вестям, идущим с Востока».
