Население массово бежало из города. Многие успели уехать до начала штурма, кого-то ополченцы вывозили автобусами уже в ходе сражения. В целом, Иловайск покинуло примерно три четверти из довоенного семнадцатитысячного населения.
Хотя ополченцы на удивление успешно отбивались от штурмующих город батальонов, в конечном счете бодание «лоб в лоб» было бесперспективным. Украинская армия как таковая имела больший запас прочности, чем повстанческие части, могла позволить себе более высокие потери. На неприятельской стороне осознавали шаткость положения. Группировку под Иловайском нужно было усилить. Украинская общественность пыталась воздействовать на киевское правительство популярным на Украине способом: посредством митингов. Ополченские командиры руководили операциями более традиционным способом: посредством приказов, но и они постепенно осознали, что для радикального изменения обстановки надо искать какое-то иное решение.
Украинские войска бросили на Иловайск сильную группировку и позволили ей полностью ввязаться в кровопролитные уличные бои. Подбрасывая все новые и новые части в Иловайск, Муженко до предела ослабил части, прикрывающие коммуникации сил, воюющих вокруг города.
В самом городе уже сложилась критическая обстановка и изъятие каких-либо сил оттуда было чревато непредсказуемыми последствиями и для «Збройных сил» и для войск Новороссии. Однако ополчение уже успело приготовить для противника потрясающий воображение контрудар.
Ветер с востока. Контрнаступление ДНР
В середине августа разведка выявила слабость украинских войск на флангах Иловайской группы. Ополченцы при помощи разведывательных беспилотников и допроса пленных обнаружили, что командование силовиков делает им попросту царский подарок. Тылы Иловайской группы обороняли буквально один полноценный батальон («Прикарпатье») и несколько разрозненных боевых групп, разбросанных жидкой цепью по блокпостам. Естественным решением стал фланговый удар. Атаки шли по двум направлениям: с востока на запад вдоль российской границы от Успенки и с севера на юг от Донецка и Моспино. К 23 августа механизированные группы закончили сосредоточение и были готовы к наступлению. В это время солдаты и офицеры на передовой уже обнаружили признаки грядущего удара, однако начальник генерального штаба Украины Муженко заявил, что это только демонстративные действия и никакой опасности нет.
24 августа на параде по случаю дня независимости Украины министр обороны Валерий Гелетей заявил, что операция развивается по плану. В этот день ударные группировки ополчения взломали оборону украинских войск и начали быстро выходить в тыл Иловайской группировке. Противостоящие им слабые бригады украинских войск практически мгновенно были смяты. Батальон «Прикарпатье» неорганизованно начал отход, проще говоря, бежал.
Блокпосты украинских войск уничтожались прицельным огнем артиллерии и сминались танковыми ударами. Украинский офицер описывал побоище в тылу:
«28-ая бригада была сильно разбита, особо наш тыл они бы не защитили. Но у них хотя бы была бронетехника. А 5-й батальон — он вообще был без бронетехники и без ничего. Но мы знали, что они у нас сзади, и они хоть как-то могли бы сообщить, что их атакуют и они уйдут с блокпоста. Этого не было. Когда русские подошли к ним и сказали, что дают 4 часа на то, чтоб они ушли с блокпостов, 5-й батальон молча снялся ночью, сел в автомобили и уехал, не предупредив нас, что в тылу никто не остается.