Первые контратаки противник предпринял 8 ноября. Но значительно более сильными оказались его удары на следующий день.
Враг прежде всего пытался вернуть Фастов. С этой целью две его танковые дивизии (25 тд вермахта, 2 тд СС «Рейх») нанесли из района севернее Белой Церкви удар на север. Частям 3-й гвардейской танковой армии и действовавшим совместно с ними 232-й и 340-й стрелковым дивизиям пришлось отражать яростные атаки. Врагу удалось несколько продвинуться вперед и занять населенный пункт Фастовец.
12 ноября противник группой танков (20–25 машин) неожиданно контратаковал 71-ю стрелковую дивизию на участке Ходорков, Кривое и добился определенного успеха: дивизия отошла к северу, обнажив правый фланг соседней 135-й стрелковой дивизии. Последняя также вынуждена была отойти к северо-востоку. В боевых порядках 21-го стрелкового корпуса, наступавшего без должной разведки и организации противотанковой обороны, наметился разрыв. В тот же день четыре атаки немцев на участке Бертники, Червона отразила 3-я гвардейская танковая армия. Однако ввиду угрозы обхода ее правого фланга северо-западнее Фастова и она вынуждена была несколько оттянуть свои силы назад и занять оборону на ближних подступах к этому городу. Занятые ею незадолго до этого Попельня, Жовтенево и ряд других населенных пунктов вновь оказались в руках врага.
Одновременно немцы сделали попытку прорвать фронт советских войск, наступавших вдоль берега Днепра. Им удалось несколько потеснить наши части.
Для отражения танковых атак командарм 38-й армии выдвинул в район Триполье 28-ю, в район Красное — 9-ю гвардейские истребительно-противотанковые артиллерийские бригады, а в район Обухова — 1666-й и 1075-й отдельные истребительно-противотанковые артиллерийские полки. В результате этих и других мер противник был остановлен на рубеже Ксаверовка, Германовка, Триполье, Витачев. Организацию обороны вдоль южного фаса плацдарма, где на ряде участков в сложных условиях взаимодействовали соединения 3-й гвардейской танковой и 38-й армий, по распоряжению командующего 1-м Украинским фронтом возглавил его заместитель генерал-полковник А. А. Гречко.
В то время как в районе Корнин, Фастов, Триполье развернулась борьба с контратакующим противником, войска правого фланга 38-й армии во взаимодействии с соседней 60-й армией продолжали развивать наступление на Житомир. Здесь успешно, по 30 км в сутки, продвигался вперед 1-й гвардейский кавалерийский и 23-й стрелковый корпуса. 12 ноября крупный узел дорог и областной центр Украины город Житомир был полностью освобожден.
Успех был достигнут в результате умелого маневра и стремительных действий кавалерии во взаимодействии с пехотой и авиацией. 7-я и 2-я гвардейские кавалерийские дивизии обошли город с двух сторон. Одновременно с фронта нанесла удар 23-я стрелковая дивизия. Наступление поддерживалось значительными силами артиллерии и танковыми частями. Угроза окружения вынудила вражеский гарнизон бежать из Житомира. Наши войска захватили крупные склады боеприпасов, горючего, продовольствия, большое количество автомашин, орудий, минометов и несколько самолетов.
За отличные боевые действия 23-я Киевская стрелковая дивизия полковника Г. Ф. Щербакова, 30-я Киевская стрелковая дивизия полковника В. Пяновского, 1-й гвардейский кавалерийский корпус генерал-лейтенанта В. К. Баранова, 7-я гвардейская кавалерийская дивизия полковника В. Д. Васильева, 17-я Киевская артиллерийская дивизия прорыва генерал-майора С. С. Волкенштейна, 61, 8-й и 230-й отдельные танковые, 1461-й самоходно-артиллерийский полки получили наименование «Житомирских».