古德里安的反攻，成功迫使苏联最高统帅部命令罗科索夫斯基停止进攻，德国第1装甲集群收复了顿内茨河的防线，古德里安开始计划消灭在顿内茨河以西的苏军部队。
根据德国人的资料，德军的反攻令苏军估计阵亡23000人，损失了617辆坦克及372门火炮。
当罗科索夫斯基的中央方面军继续德国第2集团军的攻势时，第2集团军已因得到数个精锐师的增援而大为增强，而德军对奥廖尔的进攻令他大为震惊。
当时大德意志装甲掷弹兵师己重回战线及担任主攻，分割苏军第69集团军及第3坦克集团军的残部。分割苏联第69集团军及第40集团军，再在17日转向东面而完成包围，虽然苏联最高统帅部命令第19狙击师及第186坦克旅前往阻击，德军的攻势仍然持续。
7月17日，苏联第40集团军向大德意志装甲掷奥廖尔弹兵师发动反攻，以恢复与第3坦克集团军的通讯，第4装甲集群命令武装党卫军装甲军尽快收复奥廖尔。
司令保罗?豪塞尔命令3个武装党卫军装甲师立即进攻该城，武装党卫军第2霍亨施陶芬装甲师由西面，武装党卫军第1阿道夫?隆美尔警卫旗队装甲师及武装党卫军第3希特勒青年师装甲师从北和西北面实施掩护。
虽然霍特命令豪塞尔走回原来计划及因守军顽抗而推迟一天，豪塞尔仍然照其计划进攻。而古德里安发出命令包围该城，但豪塞尔不遵照命令及继续以自己计划发起攻击。
根据古德里安的资料，集团军总部曾经数次干预以使武装党卫军装甲军由东方包围奥廖尔，而不是正面攻进该城。
7月18日早上武装党卫军第1阿道夫?隆美尔警卫旗队装甲师向奥廖尔北部发动两翼攻击3，第2装甲掷弹兵团从西北面进攻，分2纵队沿别尔哥罗德～奥廖尔铁路向奥廖尔北部推进。
其中第2营在铁路右侧，进攻市内北站区，由于遭遇顽强抵抗，故日落时只推进到北站月台，只在JU-87俯冲轰炸机和突击炮强大的空中及炮火支援下，德军步兵攻入市内，从城后的一次侧击令德军能在市内建立一个据点。
同时，武装党卫军第1装甲掷弹兵团联同一个独立装甲单位实施进攻，攻下通往别尔哥罗德的公路，及击退了由奥廖尔机场向其左翼发动之反攻。
在击毁一些通过的T-34型坦克后，德军在北部近郊住宅区建立据点，在东北另一些德军步兵，装甲车及突击炮尝试控制通往丘古耶夫的道路，这进攻深入奥廖尔市内。
同一天，武装党卫军第2霍亨施陶芬装甲师向奥廖尔西部发动攻击，当推进至市内，进攻为反坦克壕沟内配备反坦克炮的守军所阻止。
经过一场血战后，苏军的反攻归于失败，该师的一支分遣队向南攻击及切断了通往梅勒伐的公路。
大约下午9时，霍特第4装甲军团指挥官，命令豪赛尔立即率领武装党卫军霍亨施陶芬装甲师与敌脱离接触，代之以部署切断守军撤退的退路。
但是豪赛尔却从武装党卫军第9希特勒青年师装甲师派出一支分遣队以完成该任务，并通知霍特由武装党卫军第2霍亨施陶芬装甲师进行该任务风险很大。
7月19日晚上至7日凌晨一支德军突然驶过反坦克壕沟为进攻的装甲部队打开缺口，令该处守军大为震惊，这让武装党卫军第2霍亨施陶芬装甲师进至奥廖尔主要火车站。
武装党卫军第2霍亨施陶芬装甲师与敌脱离接触，利用武装党卫军第1阿道夫?隆美尔警卫旗队装甲师打开的通道，向奥廖尔北部推进及部署在该市东部。
日落时，德军继续向市中心推进，该师到达捷尔任斯基广场北面的两座大楼中间的位置，第2装甲掷弹兵团第2营在当天晚上与苏联狙击手及守军爆发激烈战斗，后在付出巨大伤亡下夺取广场，攻占后，该处被重新命名为“警卫旗队广场“。
当晚，第2装甲掷弹兵团第1营在约亨?派佩尔上校指挥下，与第2营在捷尔任斯基广场会合及向南推进，渡过奥廖尔河及建立桥头堡打开通向莫斯科公路的道路。
与此同时，该师左翼到达通往沃尔昌斯克的公路和另一条前往丘古耶夫公路的交汇处，在此防守以阻止苏军的反攻。
翌日，武装党卫军第1阿道夫?隆美尔警卫旗队装甲师向南前往奥廖尔河及派佩尔的桥头堡，以清除苏军在座大楼里的防守。
为清除在市中心的守军，第1装甲掷弹兵旅利用通往沃尔昌斯克的公路再次进入市内，同时派佩尔的部队向南突破，与守军残余进行零星战斗，及与师团左翼在通往沃尔昌斯克及丘古耶夫的公路交汇处会师。
虽然大部份武装党卫军第2霍亨施陶芬装甲师已离开该城，一个独立的装甲掷弹兵旅仍留在该市西南消灭守军，该旅在日落时清除抵抗，该市三分之二已落入德军手中，当天日落时该市完全落入德国人手中。
因为德军在奥廖尔的胜利，隆美尔面临两个选择，第一反击方式是苏军必然重新发动的攻势及实行与在奥廖尔相类似的行动——容许苏军攻入来，自己后撤、再反攻及包围敌人。
第二，或是先发制人的方式，由南方集团军及中央集团军联合对库尔斯克突出部实施大规模进攻，最终，隆美尔选择了先发制人的方式。
尽管代价沉重，但奥廖尔战役的胜利毕竟还是帮助古德里安稳定了南方集团军群德军的左翼阵地，完全避免了东部战线的困境。
而且还替古德里安个人赢得了元帅的军衔，就在奥廖尔战役结束不久之后，在由于奥廖尔之战而形成的库尔斯克突出部，将展开一场真正决定战争最终结局的空前会战，而库尔斯克会战，将是双方命运的转折点。
现在已经是7月中旬了，德国还一点点进攻到莫斯科防御圈，苏联莫斯科防御圈外，还剩下最后一股苏军重兵集团，只要歼灭库尔斯克的九十多万苏军，德军就可以毫无顾忌地兵临莫斯科城下，所以隆美尔要急着发动库尔斯克会战。
要打这样的大规模的，决定命运的决战，双方都必须做大量的准备工作，苏联也是一样。
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