Había una situación difícil para las tropas soviéticas que operaban en el sector noroeste, especialmente en la región de Kiev. Las tropas soviéticas habían contenido durante mucho tiempo a las principales fuerzas del Grupo de Ejércitos Sur alemán en las afueras de Kiev. Los habitantes de la ciudad participaron en la defensa junto a los soldados y el enemigo no pudo tomarla mediante un ataque frontal. Pero obtuvo un éxito en el flanco, en la región de Uman y Pervomaisk, que obligó al mando soviético a retirar sus tropas a la orilla izquierda del Dnieper a principios de agosto.
El frente había adquirido una forma extremadamente desfavorable, la de un enorme arco en cuya cima estaba Kiev y cuyas ramas se extendían muy hacia el este. El mando alemán aprovechó esta circunstancia y, el 12 de septiembre, lanzó dos ataques convergentes:desde el norte, con las fuerzas del 2.º Grupo Blindado (partiendo de la zona de Starodub) y desde el sur, con las fuerzas del 1.º Grupo Blindado. Grupo (a partir de la región de Kremenchug). Las tropas soviéticas en el frente suroeste, defendiendo Kiev y la línea del Dnieper, fueron amenazadas con un cerco, pero el mando supremo no les permitió retroceder y abandonar la ciudad.
El 15 de septiembre, • el Las tenazas se cerraron en la región de Lokhvitsa, a 200 kilómetros al este de Kiev. Tres ejércitos soviéticos (V', XXXVII y XXVI) y parte de las fuerzas de otros dos ejércitos (XXI y XXXVIII') fueron rodeados. Kiev tuvo que ser abandonada, pero los feroces combates continuaron hasta el 27 de septiembre. Se formó un nuevo frente que atravesaba la línea Bielopolié, Lebedin, Krasnograd y Novomoskovsk con las unidades que habían escapado del cerco y con reservas.
El cerco de las tropas del frente suroeste al este de Kiev fue una dura derrota para el Ejército Rojo. De los 677.000 soldados y oficiales que había en el frente suroeste a principios de septiembre, sólo unos 150.000 hombres escaparon del cerco. Grandes grupos de soldados y oficiales soviéticos rompieron el cerco después del 15 de septiembre, decenas de miles se unieron a los partisanos y muchos cayeron en el campo de batalla. Entre estos últimos se encontraba el general Mikhail Kirponos, comandante del frente, y muchos generales y oficiales de su estado mayor. Más de 200.000 combatientes soviéticos fueron hechos prisioneros. A menudo sufrieron el cruel destino de la mayoría de los prisioneros soviéticos:tortura y muerte en campos de concentración.
