На этом направлении впервые были нарушены планы немецкого командования в отношении блицкрига. Смоленская битва позволила советским войскам перегруппироваться и, имея сведения, что японского нападения не будет, подтянуть резервы из Урала, Сибири и Дальнего Востока и других восточных военных округов.
На Юго-западном фронте шли тяжелые сдерживающие бои в районе Западной Украины. Здесь советским войскам противостояла германская группа войск «Юг». Бои шли за города Перемышль, Луцк, Бродск и Ровно. Командование пыталось контрударом разгромить противника и организовать устойчивый фронт. Кроме пехоты в контрударе приняло участие несколько механизированных корпусов, которые вступали в дело по мере подхода. Нашим войскам не удалось остановить и разгромить противника, но его ударная группировка, нацеленная на Киев, была в том сражении ослаблена и задержана. В Полесье 50-я армия прочно удерживала свои позиции, оказала противнику сильнейшее сопротивление и нанесла ему значительный урон. Немцам не удалось здесь быстро прорвать фронт, и они были вынуждены отказаться от немедленного удара на Киев. Командование Юго-западного фронта, опасаясь окружения армий, оборонявшихся в «львовском выступе», решило в ночь на 27 июня начать планомерный отход. К исходу 30 июня советские войска, оставив Львов, заняли новый рубеж обороны, что на 30–49 км восточнее города. В тот же день в наступление перешли авангардные батальоны «Подвижного» корпуса Венгрии, которая 27 июня объявила войну СССР.
30 июня командующий фронтом получил задачу: к 9 июля, используя укрепленные районы на государственной границе 1939 г., «организовать упорную оборону» в зоне Коростенского, Новоград-Волынского и Летичевского укрепленных районов. Они были построены еще в 30-е годы в 50–100 км восточнее старой границы с разрывами, достигавшими 30–40 км. Войскам фронта за 8 суток надо было отойти на 200 км в глубь территории. Особые трудности выпадали на долю 26-й и 12-й армий, которым предстоял самый длинный путь, причем при постоянной угрозе удара противника в тыл, с севера, соединениями 17-й армии и 1-й танковой группы Клейста. На киевском направлении к Днепру рвался 3-й моторизованный корпус генерала Маккензена, он-то и мог упредить советские войска в выходе к укрепленным районам. Южнее его, к Шепетовке, встык между Новоград-Волынским и Летичевским укрепленными районами, прорывался 48-й моторизованный корпус генерала Кемпфа. Наши войска отступали с большими потерями. Значительную часть техники пришлось уничтожить, так как даже мелкую неисправность нельзя было устранить из-за отсутствия ремонтных средств. В одном только 22-м мехкорпусе подорвали 58 неисправных танков.
6 и 7 июля танковые дивизии противника достигли Новоград-Волынского УР (укрепрайона), оборону которого должны были усилить отходившие соединения 6-й армии. Вместо нее сюда смогли выйти части 5-й армии. Здесь же перешла к обороне выбравшаяся из окружения группа полковника Бланка, собранная из остатков двух дивизий. Два дня подразделения УК и эта группа сдерживали натиск врага.
7 июля танковые дивизии Клейста овладели Бердичевом, а через день — Новоград-Волынским. Вслед за танковой группой 10 июля с севера и юга УР обошли пехотные дивизии 6-й армии Рейхенау. В первые три недели войны 28 советских дивизий были разгромлены полностью, 72 — более чем наполовину, немецкие войска продвинулись в глубь советской территории на 300–600 километров. Остановить противника и на старой государственной границе не удалось. В образовавшийся прорыв противник бросил мотомеханизированные части в направлении Житомир, Киев. Основная причина прорыва этого УР — нестойкость его постоянного гарнизона во главе с его командованием. Кроме того, повлияло отсутствие достаточной военной подготовки у гарнизона, в основном состоявшего из военнослужащих, недавно мобилизованных в присоединенных к СССР районах Западной Украины. Большинство из них сразу разбежались по домам, а некоторые из них даже составили группы сопротивления советским войскам. На практике при равном соотношении сил в тот период советские войска еще значительно уступали противнику в умении воевать.
Сказалась и нехватка орудий, а также ограниченное количество станковых пулеметов. Чтобы помешать продвижению группы Клейста и выиграть время для отвода своих войск, 5-я армия нанесла по ее флангу контрудар с севера силами двух корпусов. В предыдущих боях эти воинские части истощили до предела свои силы. Не хватало боеприпасов и шанцевого инструмента (в 31-м стрелковом корпусе самоокапывание выполнялось касками). Контрудар готовился наспех, атака осуществлялась на 100-километровом фронте и разновременно. Однако то обстоятельство, что удар пришелся в тыл танковой группе, давало существенное преимущество. Корпус генерала Маккензена был задержан на двое суток. На других участках фронта немцы продолжали наступление. Нашим войскам не удалось остановить и разгромить противника, но его ударная группировка, нацеленная на Киев, понесла огромные потери и была ослаблена.