在红军第5集团军失利的同时，红军第6集团军反击的却还比较顺手，特别是该集团军下属的步兵第159师在重创了华军第4军步兵第254师后，几乎打到了国境线，而机械化第4军（红军最强大的一个机械化军）则企图在这个方向发起一次强大的攻击。但第5集团军的撤退和阵地的失守，使第6集团军的左翼暴露给了中国人。为了防止被合围，第6集团军也被迫后退。到了4月6曰，红军第5、6集团军之间形成了80公里的空隙。张至忠上将指挥下的中国第1装甲集群正利用这一空隙快速推进。
机械化军反击的失败此时，堵在这个空隙之间阻挡中国第1装甲集群前进的苏军，除了在此前的战斗中已被严重削弱的卡尔别卓指挥的机械化第15军外（这个军此前在与中国第11装甲师的战斗中损失惨重），还有刚刚赶到战场的机械化第8军（军长里亚贝舍夫少将）和机械化第9、19军。对于这3个军来说，他们的调动过程简直是灾难。_以机械化第8军为例。在开战时，该军拥有坦克858辆（内有“t－34”型坦克200辆，kv重型坦克171辆），其实力超过苏联全军中除机械化第4军以外的任何一个军。但该军也是在边境交战中调动距离最远的一个军。从战争开始到现在，机械化第8军在各上级司令部相互矛盾的命令下疲于奔命。它一会儿按第26集团军的命令行军80公里到达桑达市以西，一会儿又奉命开到切尔卡尔以东；而在被划归第6集团军后，该军又根据新上级的指示开进到尼西沃夫；紧接着，机械化第8军又在东南方面军司令部的直接指挥下，迅速赶往奥尔斯克地区集结。4月5曰黄昏，在进至上述进攻出发地后，机械化第8军已经在中国飞机的不断袭挠下行军400多公里，并在这一过程中丢失了约50％的坦克和火炮，剩下的坦克燃料也即将耗尽。军长里亚贝舍夫少将后来在作战报告中写道：“在坦克师通过的地方，到处都丢下数量众多、发生故障的重型坦克。”
机械化第9、19军在调动中的遭遇不比机械化第8军好多少。缺乏运输车辆的机械化第9军纯粹靠该军军长罗科索夫斯基在战争第一天便大胆的弄走了方面军的全部200辆预备车辆，才得以完成行军。如果考虑到这位曾遭受迫害的将军不久前刚刚从内务人民委员部的监狱里释放出来（在那里，他被打掉了几颗牙齿），不能不承认这个人确实是“胆大包天”。这位苏联将军在回忆录当中写道：“在行军中，我痛心地看着我们老式的‘t－26’坦克、‘bt－5’坦克和少量的‘bt－7’坦克。我明白，它们经不住长时间的战斗。更糟糕的是，就是这样的坦克装备数量也只有编制数的1／3（285辆旧式坦克）。再看看我们坦克师所属的摩托化步兵吧！编制规定的车辆没有。而且由于名义上是摩托化的，所以既没有马车，也没有马。”
尽管各军在调动过程中损失巨大、人员极度疲乏、车辆磨损严重，但由于形势紧张，东南方面军司令部不但没有给这些机械化军任何准备时间，反而命令各机械化军必须立刻采取反击行动。按照计划，机械化第9、19军将由库斯坦奈以东；机械化第8、15军由布罗迪以北及东北地区；机械化第4军从切尔卡尔东北，对正在深入的中国装甲部队发动反击。由于在上述各军之间未能取得必要的联系，自然也谈不上什么战术协同，各军在反击中实际上都是在孤军奋战。
在整个作战中，里亚贝舍夫少将指挥的机械化第8军的反击处于特殊重要的地位，它的成败关系到是否能够阻止中国第1装甲集群分割东南方面军的企图。为此，朱可夫在4月3曰曾亲自来到这个军的司令部视察，该军军长及参谋人员在华军空袭中表现出来的高昂士气给他不错的印象。该军虽然在行军中丢失了大约一半的坦克，但仍然有大约400辆开到了战场，其中包括30至40辆“kv”重型坦克。虽然存在种种缺点，但这仍是一支不可轻视的力量。
4月6曰清晨，机械化第8军在宽约22公里的正面展开，其当面是华军第16装甲师（约140辆坦克）。第16装甲师是一个在原步兵第16师基础上组建的新师，指挥这个装甲师的是曾毅少将。此时，通过时刻在空中盘旋的侦察机和地面部队的严密侦察，这个经验丰富的中国装甲部队指挥官已经了解到了红军机械化第8军的意图，并且做好了充分准备。而他的那位几乎没有任何情报来源的对手、红军少将里亚贝舍夫却只能在敌情不明、弹药油料不足的情况下强行发动进攻。而且出于无法解释的理由，他的机械化军还必须把一部分兵力交给旅级政委波别尔指挥，虽然此人非常缺乏指挥大规模作战的能力。
4月6曰上午9时，在坦克数量上占优势的苏军机械化第8军发动了冲击，结果却遇上了一条虽然不宽，但两岸都是沼泽的河流。由于匆忙发动进攻的苏军在战斗前没有进行地形侦察，机械化第8军此前并不知道有这么一条河横在面前。但现在战斗已经开始，重新选择进攻出发地域已经不可能了。机械化第8军军长里亚贝舍夫少将只得派出摩托化分队去占领该河北岸，以掩护坦克部队渡河。
时刻掌握着苏军动向的中国人当然没有放过这个有利的机会。配合第16装甲师行动的步兵第57师炮兵部队迅速组织起猛烈的火力急袭，呼啸而来的一排排重炮炮弹摧毁了大量正在渡河的苏联坦克。与此同时，苏军的先头坦克部队与华军装甲16师第6坦克连发生了遭遇战，战斗规模随即扩大。苏军的坦克炮手们惊奇地看着华军新式的“灰狼”坦克在被他们打得满是弹痕后仍然满不在乎的前进。但在这次战斗中，苏军还是宣称击毁和缴获了8辆中国坦克，消灭了2个中国摩托化营，向前推进了4至12公里。
由于经过长时间行军，苏军坦克的油料已经消耗得差不多了。在空中，华军第4航空队对几乎没有得到一架苏联飞机支援的机械化第8军的袭击持续不断，使该军所属部队，特别是右翼的坦克第12师损失了大量的装备和人员，甚至军长里亚贝舍夫少将本人也在空袭中受了重伤，不得不由副军长接替了他的指挥。
相比之下，机械化第8军右翼的坦克第34师的攻势则比较顺利。该师凭借“kv”重型坦克强大的火力和坚固的装甲，不顾一切地突破了华军的阵地，进而直接威胁到了中国装甲部队的通道。面对危急形势，中国人迅速做出了反应。他们将空军配属的第1摩托化重型高射炮营的90毫米口径高射炮集中在苏军必经的桥梁附近，击毁了许多没有步兵掩护、彼此缺乏战术协同的苏联坦克（中方宣称摧毁了30至40辆），从而阻止了苏军坦克第34师的攻势。
当天夜里，进攻严重受挫，损失惨重的红军机械化第8军被迫退出了战斗。4月7曰晨4时，东南方面军允许其全面撤退的命令下达到了该军。可是过了不到3个小时，已经在撤退过程中的机械化第8军又接到了方面军重新发动进攻的命令，紧接着方面军军事委员瓦舒金本人来到该军司令部。这个脾气暴躁的军事委员气势汹汹的告诉已经身负重伤的军长里亚贝舍夫少将，如果不执行进攻命令，就要枪决他。可极具讽刺意味的是，就在这个时候，方面军司令部已经撤销了瓦舒金带来的这道命令，而他本人和无法与上级取得通讯联络的机械化第8军都不知道这个新情况。于是按照这道事实上已经失效的命令，机械化第8军将撤退的后队改为前队，以坦克第12师的25辆坦克为前导，坦克第34师及坦克第12师一部共计180辆坦克紧随其后，靠着最后一点燃料发动了新的攻势。长长的红军坦克纵队踏上了绝望的征程。