5 ноября развернулись тяжелейшие бои за Святошино — последний оборонительный рубеж врага. Здесь, несколько оправившись от шока, гитлеровцы попытались организовать сопротивление, но советские войска были неудержимы. Первыми на окраину Киева в районе кинофабрики вышли бойцы 167-й стрелковой дивизии генерала И.И. Мельникова. К исходу дня 5 ноября танкисты 5-го гвардейского танкового корпуса генерала А.Г. Кравченко достигли северо-западной окраины Киева и завязали бои за заводы «Арсенал» и «Большевик».
В 00 часов 30 минут 6 ноября над зданием ЦК ВКП(б) Украины взвилось Красное знамя победы. За трое суток боев войска фронта разбили 9 пехотных, 2 танковые и моторизованную дивизии. Военный совет фронта направил в Ставку телеграмму: «С величайшей радостью докладываем о том, что задача, поставленная по овладению нашим прекрасным городом Киевом — столицей Украины, войсками 1-го Украинского фронта выполнена. Город Киев полностью очищен от фашистских оккупантов. Войска 1-го Украинского фронта продолжают выполнение поставленной задачи».
Вечером того же дня радио передало приказ Верховного Главнокомандующего. Москва салютовала воинам 1-го Украинского фронта 24 залпами из 324 орудий. Такое количество орудий в салюте участвовало впервые.
Советские воины с трудом сдерживали гнев, увидев, во что превратили враги цветущий город. Н.С. Хрущев в своем первом докладе И.В. Сталину от имени ЦК компартии Украины писал: «...Сейчас из окрестных лесов, болот, оврагов и кладбищенских склепов возвращаются большими группами киевляне. Они производят тяжелое впечатление от пережитых ужасов, издевательств и лишений. С непередаваемым волнением встречают жители города бойцов Красной Армии...»
Николай Федорович мог бы подписаться под каждым словом Хрущева. Он помнил Киев в довоенной красе. Теперь же он видел разрушенный Крещатик, охваченный огнем университет, обуглившееся здание Дома обороны. Но люди уже смеялись, глотая слезы горя и радости. Соратник Ватутина генерал-полковник К.В. Крайнюков вспоминал: «В первые часы освобождения Киева, когда туда только что вошли части Красной Армии, город произвел на нас удручающее впечатление. Его улицы были полупустыми: фашисты угнали в лагеря и на каторгу значительную часть населения...
Изможденный, оборванный старик подошел к нам и горько заплакал. Сбивчиво и торопливо он поведал нам об ужасах немецкой оккупации.
— А как дальше будет, не вернется фашист? — спросил он.
Николай Федорович твердо ответил:
— Не вернется, не пустим, погоним дальше. Русские прусских всегда бивали. А с гитлеровцами у нас особый счет. Гром военный прогрохочет и над Берлином.
На площадях, где мы останавливались, вокруг машины командующего собирались местные жители, воины, и порой стихийно возникали короткие митинги. Узнав, что войсками 1-го Украинского фронта, освободившего столицу УССР, командует бывший начальник штаба Киевского Особого военного округа генерал Н.Ф. Ватутин, люди оживлялись, слышались радостные возгласы и аплодисменты. А Николай Федорович смущенно улыбался и жестами показывал на бойцов как на главных виновников торжества и творцов победы».
Через много лет Г.К. Жуков отмечал: «Большая заслуга в успешном выполнении этой операции принадлежит командующему фронтом генералу армии Н.Ф. Ватутину...»
Поражение под Киевом ухудшило военно-политическое положение гитлеровской Германии. Гитлер рассвирепел. Манштейн собирал все, что только возможно, и бросал под Киев. Из района Вел. Букрина срочно перебрасывались танковая дивизия СС «Рейх», 3-я танковая и 10-я моторизованная дивизии. Прибывали из-под Кременчуга 198-я пехотная и из Франции 25-я танковая дивизии. Из Кировограда под Белую Церковь подходила 1-я танковая дивизия. На станции Казатин начали выгружаться части танковой дивизии СС «Адольф Гитлер». Все эти соединения поступали в распоряжение командира 48-го танкового корпуса.
В этих условиях Ватутин должен был спешить, как можно дальше отодвинуть линию фронта от Киева и днепровских переправ. Темпы наступления приобретали главное значение, и не случайно Ватутин был так категоричен в приказе 3-й гвардейской танковой армии: «Фастов занять во что бы то ни стало в кратчайший срок и немедленно донести».