苏联方面，斯大林对日托米尔的失守也有些过敏，并迁怒于瓦图京。他命令罗科索夫斯基以大本营代表身份前往乌克兰第１ 方面军，必要时甚至可以直接取代瓦图京的职务。
这次会见在基辅西边森林内一个别墅村举行。按照罗科索夫斯基的单方面描绘，瓦图京显得极为慌张，为了保住乌纱帽而竭力辩白。只是通过罗科索夫斯基的循循善诱，瓦图京才发现形势其实并不可怕，不应该单纯防御，而应该积极回击。
考虑到瓦图京不久前攻占了基辅，夺走了罗科索夫斯基自认为应该属于自己的荣誉，上述说法的可信性无疑需要打上折扣。但罗科索夫斯基有一点倒没有说错：参谋出身的瓦图京，几乎包揽了自己参谋长的工作。这一点得到了朱可夫的证实。事无巨细的工作方式，无疑加重了瓦图京的压力，甚至导致其身体状况的恶化。
来自战场的压力依然不断增大。西面日托米尔失守的同时，东面，苏第３８ 集团军撤至布鲁西洛夫一线，以阻止德军向基辅推进。苏第３ 近卫坦克集团军也于夜间机动到布鲁西洛夫。１１ 月１７、１８ 日，苏军实施反击，但未能将科罗斯特舍夫地区的德军赶走。战斗至此，苏军虽在德军优势坦克压力下节节后退，却并未被对手的战车性能优势所压服，反而不断施以有力回击。其反坦克武器威力的上升，直接震动了德军最高层。
尽管损失较大，巴尔克仍决心继续向东（基辅方向）推进，首先需要吃掉布鲁西洛夫的苏军重兵集团（３ 个军）。为此，他准备以新到的第１９ 装甲师由南面，“希特勒”从西面，向布鲁西洛夫发起钳形攻势。同时把西面的部队调回来，以第１ 装甲师沿着日托米尔—基辅铁路推进，第７ 装甲师则转到北面加以掩护。由于调动需要一些时间，攻势预定于１１ 月２０ 日后开始。
进攻开始后，巴尔克却大失所望。“希特勒”师由正面向布鲁西洛夫的进攻完全失败，据说这是该师战争中第一次未能完成战术任务。德军在侧翼发展却较为顺利，第１ 装甲师和第１９ 装甲师分别突破苏军两翼，但这两个师却并没有立刻封闭包围圈，而是在１１ 月２０ 日夜停顿了下来。
巴尔克对此大发雷霆，强令第１、１９ 装甲师继续进攻，围歼当面苏军。但战机稍纵即逝，苏联人很快采取措施，将布鲁西洛夫地区的军官和技术兵员首先撤了出去。１１ 月２３ 日，苏第３８ 集团军最终放弃了布鲁西洛夫市，退到城东８—１０ 公里处设防。同时，大量援军陆续抵达，包括大本营预备队调来的近卫第１ 集团军一个步兵军。来自布克林登陆场的第４０ 集团军、第２７ 集团军一部，早在１１ 月１５—１７ 日就调至法斯托夫、特里波利耶地段，充实了苏军的整个防御纵深。
巴尔克虽然在布鲁西洛夫捕获了一些俘虏，１５３ 辆坦克和３２０ 门炮，却也清楚苏军骨干并未受到重创。１１ 月２５ 日，瓦图京以３ 个步兵军由拉耶夫卡、博罗夫卡地域，向布鲁西洛夫德军的翼侧实施了反击。数日激战结果更使巴尔克明白，继续向基辅推进几乎是不可能的事情。１１ 月２６ 日，天气骤然变冷，泥雪浆化的地面难以通行，进一步毁灭了德军向东推进的希望。至１１ 月３０ 日前，此处战线稳定在切尔尼亚霍夫、拉多梅什利、斯塔维谢、尤罗夫卡一线。