29 сентября основные силы 1-й танковой группы возобновили наступление против правого фланга 12-й армии генерал-майора И. В. Галанина. Несмотря на прибытие выведенных из боя в районе Мелитополя соединений, в частности 15-й танковой бригады, переломить ход событий в свою пользу нашим войскам не удалось. В ходе встречного танкового сражения немецкими танкистами были применены кумулятивные снаряды к короткоствольным 75-мм пушкам танков Pz.IV, позволившие поражать KB и Т-34 на дистанции до 800 м. Под ударами немецких танков 12-я армия вынуждена была начать отход. Рокировка резервов, на этот раз 150-й и 296-й стрелковых дивизий из 9-й армии в 12-ю, ситуацию уже радикально не изменяла.

Осознание угрозы тылу 12-й, 18-й и 9-й армий пришло не сразу. Только в 3 часа ночи 4 октября, чтобы не допустить охвата противником своих войск, Д. И. Рябышев приказал 12-й армии к утру 5 октября отойти на подготовленный оборонительный рубеж Павлоград, Любицкое, а 18-й и 9-й армиям отойти на рубеж Любицкое, Большой Токмак, Мелитополь, оз. Молочное. К тому моменту в 12-ю армию прибыл еще один участник наступления Южного фронта, 2-я танковая бригада.

Остановить наступление противника на указанном рубеже Южному фронту не удалось. Уже 4 октября дивизии 1-й танковой группы прорвались в стыке 12-й и 18-й армий и, развивая наступление на юго-восток, соединились 7 октября в районе Андреевки (Осипенко) с румынским кавалерийским корпусом, прорвавшимся севернее Мелитополя. Одновременно вдоль берега моря прошли моторизованная бригада СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер», 72-я пехотная дивизия и группа Шольтиц из 22-й пехотной дивизии. Пока еще разреженное кольцо окружения вокруг 18-й и 9-й армий замкнулось. Нашим войскам пришлось с боями пробиваться на Волноваху и Мариуполь. Восточный фронт кольца образовывали 16-я и 14-я танковые дивизии, а севернее их занимала позиции 60-я моторизованная дивизия. Роль «молота» для этой бронированной «наковальни» выполняли соединения XXXXIX горного корпуса и 170-я пехотная дивизия, наступавшие на 9-ю и 18-ю армии с запада.

Но в октябре месяце возможности немецких войск были уже не те, что в августе у Умани и в сентябре под Киевом. В боевую линию командир 16-й танковой дивизии генерал Хубе был вынужден поставить даже саперный батальон соединения. Стык с соседом справа, 14-й танковой дивизией, просто отсутствовал. Получалось не разбивание молотом о наковальню, а продавливание через «сито». Но не все прорывы заканчивались удачно. На заслон из батареи противотанковых пушек и легких пехотных орудий 16-й танковой дивизии напоролась колонна, возглавлявшаяся командующим 18-й армией А. К. Смирновым. В ходе боя командарм погиб. Найденное на поле сражения тело Смирнова было по приказу командира немецкой танковой дивизии Ганса-Валентина Хубе захоронено с воинскими почестями. В жестокой битве на уничтожение противники все же пытались сохранять человеческое лицо. В окружении также погиб начальник артиллерии 18-й армии A. C. Титов, член Военного совета A. M. Миронов. На участке 16-й танковой дивизии попал в плен командир 51-й стрелковой дивизии генерал-майор П. Г. Цирульников. Много людей и техники потеряла в бою с 14-й танковой дивизией у Гусарки дебютант Южного фронта, 4-я стрелковая дивизия. В прорыве у Гусарки погибли начальник штаба соединения подполковник Прокопенко и командир 39-го полка майор А. И. Попов.

8 октября также было отмечено уплотнением кольца окружения, теперь контакт с танковыми частями Клейста установили не только румынские кавалеристы, но и горные егеря. Если последней цитаделью окруженных под Уманью стало село Подвысокое, то в октябре 1941 г. местом жарких боев стала деревня Семеновка. 9 октября Семеновка была занята 1-й горно-егерской дивизией, и 10-го числа сражение завершилось. Открытая местность Ногайских степей в отличие от Зеленой Брамы и лесов под Киевом не благоприятствовала длительному сопротивлению окруженных.

Оперативная группа штаба 18-й армии, возглавлявшаяся В. Я. Колпакчи, вышла из окружения 10 октября. В тот же день вышли части 130-й стрелковой дивизии, остатки 176-й, 274-й и 164-й стрелковых дивизий. 13 октября к 18-й армии присоединились остатки 96-й горно-стрелковой дивизии. 10 октября вышли из окружения остатки 30-й и 218-й стрелковых дивизий, два полка 99-й стрелковой дивизии, 23-й стрелковый полк 51-й стрелковой дивизии. Уже 11 октября командующий Южным фронтом считал обе пострадавшие армии восстановленными и директивой за № 0195 определил боевой состав 18-й (383-я и 99-я стрелковые дивизии, остатки 164-й и 4-й стрелковых дивизий, 38-я кавалерийская дивизия) и 9-й (395-я стрелковая дивизия, остатки 30-й, 51-й, 176-й, 218-й стрелковых дивизий) армий. Уже в разгар сражения последовали оргвыводы — 6 октября Д. И. Рябышев был снят с поста командующего Южным фронтом и впоследствии постов выше командующего армией не занимал.

В качестве результатов сражения на окружение у Мелитополя немецкой стороной были заявлены 100 тыс. пленных. Выглядят эти цифры столь же малоубедительно, как и 600 тыс. пленных в «котлах» перед фронтом группы армий «Центр» октября 1941 г. И в том, и в другом случае имело место массовое просачивание окруженцев через рыхлые «клешни» моторизованных корпусов. Согласно советским данным, безвозвратные потери Южного фронта за всю Донбасско-Ростовскую оборонительную операцию (29 сентября — 16 ноября 1941 г.) составляют 132 014 человек.

Высвободившиеся после ликвидации «котла» 170-я и 22-я пехотные дивизии были брошены немцами в Крым, куда к тому моменту была эвакуирована из Одессы Приморская армия, существенно изменившая баланс сил на полуострове. Горный корпус Кюблера в Крым так и не попал.

На первый взгляд события на Южном фронте в конце сентября — начале октября 1941 г. выглядят однозначно. Наступление у Мелитополя ослабило правый фланг фронта, что привело к прорыву танков Клейста в тыл и окружению 9-й и 18-й армий. Но это весьма поверхностный взгляд на вещи. Во-первых, для того чтобы сдержать танковую группу, нужно было достоверно выявить точку ее удара и уплотнить фронт в этой точке. Ни в одной оборонительной операции 1941 г. это сделать не удалось. Везде танковый удар был внезапным и сокрушительным. Достоверно определить группировку и направления ударов противника оказалось нетривиальной задачей и под Курском в 1943 г., когда в распоряжении советского командования была двухмесячная оперативная пауза. В 1941 г. каскад немецких операций на окружение следовал без подобных промежутков. Ожидание под Вязьмой и Брянском ударов вдоль крупных магистралей и уплотнение фронта на них не дали результата, немецкие танковые армии выбрали другие маршруты. Молниеносная рокировка на Кременчугский плацдарм 1-й танковой группы сделала неизбежной киевскую катастрофу сентября 1941 г. Во-вторых, обратной стороной ослабления войск в неудачных наступлениях было уплотнение немцами фронта на возможных направлениях ударов Красной армии с расходом сил, которые могли быть брошены на острие собственного наступления.

Если эффект от уплотнения фронта 12-й армии представляется сомнительным, то отказ Д. И. Рябышева от активных действий мог привести к поистине катастрофическим последствиям. В Крым были бы переброшены горные егеря Кюблера и дивизии XXX армейского корпуса. Вполне вероятным представляется также использование в Крыму вместо импровизированной группы Циглера полноценного моторизованного соединения — бригады СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер». В отсутствие наступления, сковавшего главные силы 11-й армии, Крым был бы захвачен превосходящими силами немцев до переброски из Одессы в Севастополь Приморской армии. Последней пришлось бы эвакуироваться уже в Новороссийск. После разгрома советских войск в Крыму 11-я армия могла всеми силами развернуться против Южного фронта и повторить случившееся в реальном октябре 1941 г. с еще более оглушительными результатами.