15 ноября ударная группировка противника (25-я танковая дивизия, дивизия СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер») перешла в контрнаступление, нанося главный удар из района юго-западнее Фастова на Брусилов, другой – из района южнее Черняхова на Радомышль. Войска 38-й армии, оборонявшиеся на участке Житомир, Фастов, под ударами превосходивших сил противника вынуждены были отходить на север. Подвижная танковая группа после упорных боев около 18 часов, потеряв 24 танка и 3 САУ, отошла в район Морозовка, Краковщина. Генерал Рыбалко спешно направил на усиление группы 52-ю и 55-ю гвардейские танковые бригады.
В течение 16–17 ноября корнинская группировка противника продолжала развивать наступление в северо-восточном направлении, обходя Брусилов с востока. Подвижная танковая группа под вражеским нажимом вынуждена была отойти до шоссе Брусилов – Дедовщина. 17 ноября генерал Ватутин потребовал от генерала Рыбалко сосредоточить основные силы 3-й гвардейской танковой армии в районе Брусилова с целью не допустить дальнейшего развития противником прорыва в северо-восточном направлении и овладения Брусиловом. 6-й гвардейский танковый корпус занял оборону на западных и юго-западных подступах к Брусилову, 9-й механизированный корпус – на южных, а 7-й гвардейский танковый корпус – вдоль шоссе Брусилов – Дедовщина. В течение трех дней войска армии отражали неоднократные атаки противника. И только 23 ноября, сосредоточив на брусиловском направлении 6 танковых и одну моторизованную дивизии, он сумел после упорных боев захватить Брусилов. В район севернее и восточнее города был срочно переброшен 94-й стрелковый корпус 1-й гвардейской армии. С букринского плацдарма на участок Фастов, Триполье вслед за 40-й армией 14–20 ноября была перегруппирована часть сил 27-й армии. Против наступавших танков и пехоты противника направлены основные силы 2-й воздушной армии.
26 ноября войска 1-го Украинского фронта нанесли контрудар тремя стрелковыми корпусами по северному флангу брусиловской группировки противника и к 30 ноября сумели стабилизировать оборону на рубеже восточнее Черняхова, Радомышль, Ставише, Юровка. Однако для нанесения более серьезного удара по противнику сил не имелось. Это признала и Ставка ВГК. Поэтому 28 ноября она приказала войскам фронта немедля перейти «на жесткую оборону с задачей измотать силы противника силами нашей артиллерии и авиации при попытках его наступления или отдельных атак». Для этого требовалось создать три оборонительных рубежа с максимальным использованием противотанковых и других мин. С подходом 18-й, 1-й танковой армий и других сил предписывалось заняться подготовкой контрнаступления с задачей разгрома противника и выхода на Южный Буг[520].
9 декабря Ставка ВГК своей директивой № 30263 уточнила задачу войск 1-го Украинского фронта. Силами 60-й армии, 4-го и 7-го гвардейских танковых корпусов, 25-го танкового и 11-го стрелкового корпусов 18-й армии требовалось не допустить прорыва противника к северу от р. Ирша и на восточный берег р. Тетерев. Не позднее утра 12 декабря следовало нанести контрудар главными силами 3-й гвардейской танковой армии (не менее двух танковых корпусов) с одним стрелковым корпусом из района Великой Рачи (5 км северо-восточнее Радомышля) в направлении Малина. Контрудар предписывалось обеспечить сильной артиллерийской поддержкой, используя для этого по возможности 17-ю артиллерийскую дивизию. Одновременно в наступление должны были перейти левофланговые соединения 60-й армии и танковые корпуса, действовавшие в районе Малин, станция Тетерев. Всю штурмовую, бомбардировочную и ночную авиацию фронта с утра 10 декабря необходимо было использовать для массированных ударов по танковой группировке противника, прорывающейся на Малин. В районе Колонщина, Башев, Шнитки следовало сосредоточить по мере прибытия войска 1-й танковой армии[521].
Меры, принятые Ставкой ВГК и командующим 1-м Украинским фронтом, сыграли свою роль. Все попытки 4-й танковой армии прорваться к Киеву в полосе 60-й армии успеха не имели. 22 декабря на киевском направлении наступило временное затишье. Противник в итоге почти полуторамесячных боев сумел на этом направлении продвинуться на 35–40 км, но его ударная группировка была измотана и обескровлена. Отражением контрнаступления противника завершилась Киевская оборонительная операция. Потери советских войск составили: безвозвратные – 26 443, а санитарные – 61 030 человек
