古德里安的反攻，成功迫使蘇聯最高統帥部命令羅科索夫斯基停止進攻，德國第1裝甲集羣收復了頓內茨河的防線，古德里安開始計劃消滅在頓內茨河以西的蘇軍部隊。
根據德國人的資料，德軍的反攻令蘇軍估計陣亡23000人，損失了617輛坦克及372門火炮。
當羅科索夫斯基的中央方面軍繼續德國第2集團軍的攻勢時，第2集團軍已因得到數個精銳師的增援而大爲增強，而德軍對奧廖爾的進攻令他大爲震驚。
當時大德意志裝甲擲彈兵師己重回戰線及擔任主攻，分割蘇軍第69集團軍及第3坦克集團軍的殘部。分割蘇聯第69集團軍及第40集團軍，再在17日轉向東面而完成包圍，雖然蘇聯最高統帥部命令第19狙擊師及第186坦克旅前往阻擊，德軍的攻勢仍然持續。
7月17日，蘇聯第40集團軍向大德意志裝甲擲奧廖爾彈兵師發動反攻，以恢復與第3坦克集團軍的通訊，第4裝甲集羣命令武裝黨衛軍裝甲軍儘快收復奧廖爾。
司令保羅?豪塞爾命令3個武裝黨衛軍裝甲師立即進攻該城，武裝黨衛軍第2霍亨施陶芬裝甲師由西面，武裝黨衛軍第1阿道夫?隆美爾警衛旗隊裝甲師及武裝黨衛軍第3希特勒青年師裝甲師從北和西北面實施掩護。
雖然霍特命令豪塞爾走回原來計劃及因守軍頑抗而推遲一天，豪塞爾仍然照其計劃進攻。而古德里安發出命令包圍該城，但豪塞爾不遵照命令及繼續以自己計劃發起攻擊。
根據古德里安的資料，集團軍總部曾經數次干預以使武裝黨衛軍裝甲軍由東方包圍奧廖爾，而不是正面攻進該城。
7月18日早上武裝黨衛軍第1阿道夫?隆美爾警衛旗隊裝甲師向奧廖爾北部發動兩翼攻擊3，第2裝甲擲彈兵團從西北面進攻，分2縱隊沿別爾哥羅德～奧廖爾鐵路向奧廖爾北部推進。
其中第2營在鐵路右側，進攻市內北站區，由於遭遇頑強抵抗，故日落時只推進到北站月臺，只在JU-87俯衝轟炸機和突擊炮強大的空中及炮火支援下，德軍步兵攻入市內，從城後的一次側擊令德軍能在市內建立一個據點。
同時，武裝黨衛軍第1裝甲擲彈兵團聯同一個獨立裝甲單位實施進攻，攻下通往別爾哥羅德的公路，及擊退了由奧廖爾機場向其左翼發動之反攻。
在擊毀一些通過的T-34型坦克後，德軍在北部近郊住宅區建立據點，在東北另一些德軍步兵，裝甲車及突擊炮嘗試控制通往丘古耶夫的道路，這進攻深入奧廖爾市內。
同一天，武裝黨衛軍第2霍亨施陶芬裝甲師向奧廖爾西部發動攻擊，當推進至市內，進攻爲反坦克壕溝內配備反坦克炮的守軍所阻止。
經過一場血戰後，蘇軍的反攻歸於失敗，該師的一支分遣隊向南攻擊及切斷了通往梅勒伐的公路。
大約下午9時，霍特第4裝甲軍團指揮官，命令豪賽爾立即率領武裝黨衛軍霍亨施陶芬裝甲師與敵脫離接觸，代之以部署切斷守軍撤退的退路。
但是豪賽爾卻從武裝黨衛軍第9希特勒青年師裝甲師派出一支分遣隊以完成該任務，並通知霍特由武裝黨衛軍第2霍亨施陶芬裝甲師進行該任務風險很大。
7月19日晚上至7日凌晨一支德軍突然駛過反坦克壕溝爲進攻的裝甲部隊打開缺口，令該處守軍大爲震驚，這讓武裝黨衛軍第2霍亨施陶芬裝甲師進至奧廖爾主要火車站。
武裝黨衛軍第2霍亨施陶芬裝甲師與敵脫離接觸，利用武裝黨衛軍第1阿道夫?隆美爾警衛旗隊裝甲師打開的通道，向奧廖爾北部推進及部署在該市東部。
日落時，德軍繼續向市中心推進，該師到達捷爾任斯基廣場北面的兩座大樓中間的位置，第2裝甲擲彈兵團第2營在當天晚上與蘇聯狙擊手及守軍爆發激烈戰鬥，後在付出巨大傷亡下奪取廣場，攻佔後，該處被重新命名爲“警衛旗隊廣場“。
當晚，第2裝甲擲彈兵團第1營在約亨?派佩爾上校指揮下，與第2營在捷爾任斯基廣場會合及向南推進，渡過奧廖爾河及建立橋頭堡打開通向莫斯科公路的道路。
與此同時，該師左翼到達通往沃爾昌斯克的公路和另一條前往丘古耶夫公路的交匯處，在此防守以阻止蘇軍的反攻。
翌日，武裝黨衛軍第1阿道夫?隆美爾警衛旗隊裝甲師向南前往奧廖爾河及派佩爾的橋頭堡，以清除蘇軍在座大樓裡的防守。
爲清除在市中心的守軍，第1裝甲擲彈兵旅利用通往沃爾昌斯克的公路再次進入市內，同時派佩爾的部隊向南突破，與守軍殘餘進行零星戰鬥，及與師團左翼在通往沃爾昌斯克及丘古耶夫的公路交匯處會師。
雖然大部份武裝黨衛軍第2霍亨施陶芬裝甲師已離開該城，一個獨立的裝甲擲彈兵旅仍留在該市西南消滅守軍，該旅在日落時清除抵抗，該市三分之二已落入德軍手中，當天日落時該市完全落入德國人手中。
因爲德軍在奧廖爾的勝利，隆美爾面臨兩個選擇，第一反擊方式是蘇軍必然重新發動的攻勢及實行與在奧廖爾相類似的行動——容許蘇軍攻入來，自己後撤、再反攻及包圍敵人。
第二，或是先發制人的方式，由南方集團軍及中央集團軍聯合對庫爾斯克突出部實施大規模進攻，最終，隆美爾選擇了先發制人的方式。
儘管代價沉重，但奧廖爾戰役的勝利畢竟還是幫助古德里安穩定了南方集團軍羣德軍的左翼陣地，完全避免了東部戰線的困境。
而且還替古德里安個人贏得了元帥的軍銜，就在奧廖爾戰役結束不久之後，在由於奧廖爾之戰而形成的庫爾斯克突出部，將展開一場真正決定戰爭最終結局的空前會戰，而庫爾斯克會戰，將是雙方命運的轉折點。
現在已經是7月中旬了，德國還一點點進攻到莫斯科防禦圈，蘇聯莫斯科防禦圈外，還剩下最後一股蘇軍重兵集團，只要殲滅庫爾斯克的九十多萬蘇軍，德軍就可以毫無顧忌地兵臨莫斯科城下，所以隆美爾要急着發動庫爾斯克會戰。
要打這樣的大規模的，決定命運的決戰，雙方都必須做大量的準備工作，蘇聯也是一樣。
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