Передовые части немецких войск были остановлены на рубеже реки Ирпень, т. е. у самой границы Киевского укрепрайона. К этому времени на подступах к Киеву уже были возведены с помощью гражданского населения многочисленные огневые точки, противотанковые рвы, проволочные и минно-взрывные заграждения. Для боевых действий спешно формировались из ополченцев дополнительные полки и дивизии.
9 июля отступавшие соединения 5-й армии, наконец, заняли укрепления старой государственной границы, однако обжиться в них не успели, поскольку в тот же день Ставка ГК потребовала новых мощных контрударов. С целью разгрома вклинившейся в советскую оборону в районе Житомира группировки противника 5-й армии предлагалось совместно с частями 9,19 и 22-го мехкорпусов перейти в наступление в общем направлении на Новгород-Волынский. С юга в северном направлении должен был нанести удар из района Любар 49-й стрелковый корпус. Перед началом этой крупной операции Юго-Западный фронт был усилен резервами, и в первую очередь артиллерией РГК. Все ВВС фронта, в том числе авиационные дивизии общевойсковых армий, на время проведения операции перешли в непосредственное подчинение генерала Ф.А. Астахова. К этому моменту они сильно сократились, и в их составе имелось всего 249 исправных боевых самолетов.
Скрытно выдвинувшись ночью на рубежи атаки, советские войска 5-й армии и трех мехкорпусов (насчитывавших всего 130 танков) 10 июля в 4 часа утра нанесли неожиданный для немцев удар на довольно широком фронте протяженностью около 50 км. Преодолевая упорное сопротивление врага, в течение четырех дней они продвинулись на 10–20 км, перерезав шоссе, ведущее к Житомиру и Киеву. Тем самым было нарушено снабжение вырвавшихся вперед дивизий танковой группы Клейста, и немцам пришлось на время отложить планы захвата Киева. Чтобы остановить наступающие советские войска, они развернули против них основные силы 6-й полевой армии и часть сил 39-го моторизованного корпуса Клейста, нацеленного на Киев. Всего против левого крыла 5-й армии немцы сосредоточили к 15 июля до 11 пехотных и танковых дивизий. В результате они потеснили советские соединения назад, однако ожесточенные бои за житомирское шоссе еще продолжались вплоть до 17 июля. Тяжелые бои в период с 10 по 15 июля разгорелись и в районе Бердичева, где контрудар наносили советские войска 6-й армии генерала Музыченко, усиленные 16-м мехкорпусом.
В этот период времени действия авиации Юго-Западного фронта впервые были сконцентрированы должным образом, что позволило нанести противнику серьезный урон. Уменьшение численности ВВС компенсировалось увеличением количества боевых вылетов, так как большинство советских авиационных полков теперь базировались недалеко от линии фронта. Для сопровождения бомбардировщиков привлекли не только истребительные части 14, 15,16 и 17-й САД, но также 36-ю истребительную дивизию, ранее занятую только в системе ПВО Киевской зоны. Нужно отметить, что в 36-й ИАД имелось столько истребителей, сколько их было во всех остальных авиадивизиях общевойсковых армий, вместе взятых. Остатки бомбардировочных полков ВВС ЮЗФ включали в себя лишь несколько десятков самолетов разных типов, поэтому для воздушных налетов использовались также 90-й и 93-й полки ДВА (18-й авиадивизии) и 25 четырехмоторных бомбардировщиков ТБ-3 из 14-го ТБАП, размещенного на аэродромах в Полтаве и Борисполе. Кроме того, в боевых действиях южнее Киева принимали участие ДБ-3 из состава 22-й дивизии ДБА.
4-й воздушный флот люфтваффе к 10 июля пополнился группой пикирующих бомбардировщиков Ju 87 из StG 77, переброшенной с центрального направления с основной задачей разрушения мостов через Днепр в тылу войск Красной армии. Таким образом немцы пытались воспрепятствовать отходу советских воинских соединений. Истребители из JG 3 и JG 51 передислоцировались на передовые аэродромы ближе к фронту, и основной их базой стало Полонное, расположенное в 30 км западнее Шепетовки.
Таблица 16. Изменение боевого состава ВВС Юго-Западного фронта с 11 по 29 июля 1941 года.
*В числителе указано количество исправных боевых самолетов, а в знаменателе — неисправных.
**Эти соединения и части были переданы ВВС 6-й армии Юго-Западного фронта из состава Южного фронта.
***18-я авиадивизия дальнего действия находилась в распоряжении верховного командования и только временно придавалась Юго-Западному фронту.
С утра 10 июля советская авиация приступила к интенсивной боевой деятельности, беспрерывно бомбя и штурмуя вражеские войска. В первую очередь воздушным налетам подверглись колонны танковой группы Клейста, двигавшиеся по шоссе от Житомира к Коростышеву. Их атаковали самолеты 19-й и 62-й БАД, а также ТБ-3 из 14-го ДБАП. Дальние бомбардировщики ДБ-3 бомбили цели в районе Чудново, Новый Мирополь, Романовка и др. К сожалению, организовать постоянное взаимодействие в воздухе бомбардировочных частей с истребителями не удалось. Группы бомбардировщиков вынуждены были летать без прикрытия, неся дополнительные потери от огня немецких истребителей. В частности, совершенно неоправданным являлось решение использовать в дневных налетах самолеты ТБ-3. Уже утром был потерян один тихоходный бомбардировщик, и немного позднее группа из 12 ТБ-3 подверглась атаке пары «мессершмиттов». Стрелкам дружным огнем удалось уничтожить один немецкий истребитель, однако другой из боя не вышел и сумел сбить 7 четырехмоторных бомбардировщиков. Значительные потери 10 июля понесли и подразделения ДБА, в частности, 8-й и 93-й авиаполки, оснащенные самолетами ДБ-ЗФ. Из их состава выбыло около половины боевых машин. Одну из грyпп ДБ-ЗФ приблизительно в 11 часов перехватило звено Bf 109F из I/JG 53, и после боя немцы доложили о пяти воздушных победах, в том числе два бомбардировщика записал на свой счет лейтенант Целлот. Всего в течение 10 июля немецкая истребительная группа I/JG 53 заявила 14 воздушных побед при потере двух самолетов и двух пилотов: лейтенант Рюба пропал без вести, а лейтенант Хейдемейер погиб восточнее Житомира. Кроме того, вечером в воздушном бою с И-153 (немцы все истребители-бипланы Поликарпова обычно называли И-15) был поврежден истребитель адъютанта группы лейтенанта Тонне, а сам летчик получил легкое пулевое ранение в голову.
В середине июля пилоты истребительных частей люфтваффе, размещенных на аэродромах поблизости от линии фронта, стали шире практиковать «свободную охоту». Этому способствовало также и то, что советское командование Юго-Западного фронта явно недостаточное внимание уделяло подавлению вражеской авиации на земле. Пожалуй, лишь аэродром Полонное (где находились истребительные группы I и III/JG 3) во время боев за житомирское шоссе подвергался воздушным налетам, впрочем, без особого успеха. Среди немецких «экспертов» отличились в этот период командир группы III/JG 3 Вальтер Оезау, заявивший в течение 10 и 11 июля о 7 победах, а также майор фон Мальцан из JG 53, увеличивший свой счет до 30 сбитых самолетов. В числе тех, кому не повезло, оказался командир эскадрильи 8./JG 3 Шмидт, получивший пулю в грудь в ходе атаки бомбардировщиков СБ, вероятно из 33-го СБАП. Раненный, он дотянул до своего аэродрома, но после лечения в госпитале был признан негодным к летной службе. 12 июля погиб в воздушном бою обер-лейтенант Фауст, возглавлявший эскадрилью 4./JG 3. Вообще численность 3-й истребительной эскадры люфтваффе к этому времени по разным причинам сильно уменьшилась. Так, в группе III/JG 3 в исправном состоянии осталось менее десяти «мессершмиттов». Ненамного лучше оказалась ситуация в группе I/JG 53.15 июля был подбит в бою с советскими истребителями ее командир, майор фон Мальцан, разбивший самолет при вынужденной посадке. 16 июля Bf 109 из эскадрильи 1./JG 53, сопровождавшие пикировщики в район Винницы, на обратном пути занялись «свободной охотой» и вскоре обнаружили группу советских самолетов ДБ-ЗФ. Однако летевшие без прикрытия дальние бомбардировщики на этот раз оказали достойный отпор немецким пилотам. Уже после первой атаки, получив точную очередь бортового стрелка, вышел из боя командир немецкой эскадрильи обер-лейтенант Оли, а затем совершил вынужденную посадку на советской территории его заместитель Шефер, попавший в итоге в плен. В этом воздушном бою немецким летчикам, по всей видимости, противостояло звено ДБ-ЗФ из 220-го ДБАП 48-й авиадивизии, тоже привлеченной в середине июля к боевым действиям на Юго-Западном фронте. Советские бомбардировщики нанесли точный удар по переправе через реку Рось в районе Белой Церкви, и при развороте на обратный курс один из ДБ-3 отстал из-за установленных на нем менее мощных двигателей. Его-то и атаковали «свободные охотники» из 1./JG 53, стремившиеся поживиться легкой добычей. О том, что у них вышло, оставил свои воспоминания штурман советского самолета, Н.А. Гунбин:
