С 14 сентября немецкое командование оставило попытки захватить Орловку наличными силами, но лишь временно. Как только 27 сентября были ликвидированы последние очаги сопротивления в устье Царицы, командование 6-й армии перебросило в район Городища два полка 94-й пд, а еще один ее полк пошел в усиление 24-й тд, наступавшей в рабочих поселках. Сама форма «орловского выступа» предполагала план немецкой операции – два сходящихся удара с западного и северо-восточного направлений в основание выступа, последующее окружение и уничтожение советских частей. На операцию отряжались силы XIV танкового корпуса: 16-я тд, 3-я и 60-я моторизированные дивизии (мд) вместе с группой наземных частей люфтваффе (так называемая группа Штахеля), а также подчиненные корпусу полки 94-й пд.
Согласно сводкам 62-й армии, 29 сентября в 08:00 немцы перешли в атаку на двух направлениях. С запада с высоты 129.1 наступали два батальона пехоты с 16 танками – это двумя ударными клиньями по обеим сторонам противотанкового рва продвигались подразделения люфтваффе из группы Штахеля при поддержке саперов и танковой роты 3-й мд. В это же время из пункта сосредоточения северо-западнее высоты 135.4 вдоль противотанкового рва в сторону балки двинулись в атаку восемь танков и батальон пехоты 16-й тд. Однако первые попытки немцев прорвать советскую оборону были сорваны «
В 10:00 части XIV танкового корпуса вновь пошли в наступление. Кроме прежних направлений, немцы нанесли удар
В ходе многочасового ожесточенного боя во второй половине дня группа Штахеля прорвала линию обороны 2-й мсбр и достигла высоты 108.2, а в балке южнее немецкая пехота окапывалась в 200 метрах от железнодорожного моста. Наступающая с северо-востока боевая группа 16-й тд, смяв боевые порядки первого батальона 115-й осбр, вышла к южным окраинам поселка.
В 16:00 два полка 94-й пд при поддержке 16-й тд нанесли сильнейший удар со стороны Городища. Как свидетельствуют советские документы, развернув боевые порядки, из балки Казенная в сторону Орловки наступало порядка «
Несмотря на подавляющий перевес в артиллерии и «
Предчувствуя катастрофу, полковник Андрусенко тщетно запрашивал помощь у командарма Чуйкова, но тот был не в силах помочь – на рубеже рабочих поселков дела складывались не лучше.