20 августа части 11-й армии пытались наступать, но, натолкнувшись на организованную оборону противника, продвижения не имели. Полки 202-й дивизии смогли выйти на восточный берег реки Полисть на участке Котово — Кондратово (645-й полк) и в районе Сопки (682-й полк), но, встреченные организованным огнем противника, переправиться не смогли. Внесла свою лепту и авиация противника, которая подвергала боевые порядки непрерывной бомбежке. 21-й и 28-й полки 180-й дивизии смогли выйти к восточным берегам рек Порусья и Полисть в черте Старой Руссы, но форсировать их не смогли из-за сильного огня ДЗОТов, оборудованных на противоположенном берегу. 936-й и 933-й полки 254-й дивизии рано утром начали переправу через Полисть по заранее разведанным бродам. Примерно через полчаса немцы обнаружили переправу и открыли артиллерийский и минометный огонь. Бойцы 933-й полка под огнем отошли на исходные позиции, а 936-й полк смог зацепиться двумя взводами за западный берег в районе Кочириново.
259-я и 257-я дивизии 34-й армии опять пытались наступать на Тулеблю, но успеха также не имели, оставшись на прежних позициях. 262-я дивизия после обеда отошла в район Морильница, где и вела бой до вечера. Оборонительные бои продолжались и на участке 245-й дивизии.
На этом контрнаступление фактически захлебнулось. 21 августа 11-я армия снова пыталась атаковать, но результата не имела. Предвидя возможность немецкого контрнаступления, 182, 183, 254-я и 202-я дивизии отошли на восточный берег Полисти, оставив на западном только отряды прикрытия. 180-я дивизия закрепилась на достигнутых рубежах, получив задачу создать оборону в виде укрепленных очагов в деревнях Деревково, Нагаткино, Пена, Щепурово, Михалкино, Козлово, Воловино, Большие и Малые Горбы.
С утра 21 августа немцы продолжали наступление в полосе 34-й армии. Мелкие группы автоматчиков, усиленные пулеметами и минометами, прорвались в тыл и захватили переправы через Полисть у Андроново и Трухнова. Успех был развит подошедшими частями противника (по оценке разведки, до трех дивизий). В результате атак противника между позициями 11-й и 34-й армий образовался разрыв шириной в шесть километров. К концу дня 163-я и 259-я дивизии отошли на восточный берег Поли- сти, 257-я вела бой в районе южнее Должицы. Оказавшись с оголенными флангами 262-я дивизия вела бои в окружении в районе деревень Посечище и Петрухново, а вечером 21 августа организовала выход из окружения в восточном направлении, выйдя частью сил к реке в районе Бородино. Выход осуществлялся мелкими группами, практически вся материальная часть артиллерии оказалась потерянной. Так же неорганизованно отошла 245-я дивизия, которая после обеда сосредотачивалась в районе деревни Глухая Горушка и в лесу западнее нее. 181-я дивизия продолжала занимать прежние позиции.
202-я дивизия оказалась полуокруженной, но продолжала удерживать рубеж Горужа — Пенно. Попытки немецкой пехоты охватить позиции штыковцев еще дальше и окружить дивизию привели только к значительным потерям, оцениваемым в 500—700 человек. Только получив на следующий день приказ об отступлении, наши пехотинцы получили приказ отойти на восточный берег реки Полисть.
К вечеру 21 августа немцы главными силами достигли деревень Лухино, Язвы, Рукаты, вышли к ранее захваченным переправам и организовали еще одну в районе Жуково. Передовой отряд силами до пехотного батальона с 30—40 танками и бронемашинами овладел Глухой Горушкой, а отдельные танки проникли дальше на север. Части 34-й армии закрепиться на реке Полисть не смогли и в течение 22 августа продолжали дальнейший отход до рек Порусья и Редья. Из отходивших частей были оставлены только небольшие отряды прикрытия, которые не могли остановить противника. Штаб 34-й армии из-за сильных ударов авиации, действующей непрерывно группами по 10—20 самолетов, отступлением своих войск не руководил, и все попытки организовать отход не увенчались успехом — подавляющая часть войск стремилась выйти на восточный берег реки Ловать.
В результате отхода наших войск за реку Ловать немецкое командование смогло перебросить 39-й моторизованный корпус в район Чудово для дальнейшего наступления на Ленинград. Это еще больше осложнило положение защитников города. Но и обстановка на Северо-Западном фронте продолжала оставаться сложной. В этих условиях Ставка приняла решение заменить командующего фронтом — с 23 августа им стал генерал-лейтенант Павел Алексеевич Курочкин. О назначении на должность Курочкин узнал от Б. М. Шапошникова. Бывший командующий фронтом генерал-майор Собенников назначался на должность командующего 43-й армией.
