Летчик эскадры KG54 осматривает повреждения «юнкерса», полученные от зенитного огня над Киевом
5 августа противник вышел уже ко второй линии УРа. Спешно переброшенные на автомашинах на угрожаемое направление десантные подразделения 3-й вдбр смогли только временно приостановить штурм. Значительную роль в наступлении сыграла германская зенитная артиллерия — 88-мм пушки (в частности, из состава II дивизиона 241-го зенитного полка люфтваффе) прямой наводкой расстреливали наши бетонные ДОТы. Согласно оперативной сводке штаба КиУР, с 3 по 5 августа общие потери войск составили 2200 человек; многие части за три дня лишились больше половины своего состава. 6 августа 71-я германская пд практически вышла к Днепру у Виты Литовской. Под Киевом складывалась более чем тревожная обстановка.
После выхода 8 августа частей 299-й пд к району Совки ряд немецких генералов, включая начальника Генерального штаба сухопутных войск Ф. Гальдера, полагали, что судьба столицы Украины решена. Но советское командование направило на угрожаемое направление резервы, самым крупным из которых стал 5-й вдк, а из действующих на этом направлении частей и соединений сформировало 37-ю армию во главе с генералом А.А. Власовым (который впоследствии вписал одну из самых мрачных страниц в историю страны). Веское слово сказала в эти дни и наша авиация, которая бомбила и штурмовала пехоту неприятеля, а также подавляла огонь артиллерии на южных подступах к городу.
Надо отметить, что на киевском направлении и до начала штурма достаточно активно действовала 15-я сад. 2 августа на пополнение 28-го иап поступили 12 новых МиГ-3 (их привели ст. политрук А.В. Руденко и лейтенант В.Ф. Петров, в начале войны служившие в 23-м иап), один из которых на аэродроме Переяслав из-за отказа мотора потерпел аварию. На следующий день летчики вылетели на этих самолетах в бой. Но по-прежнему большинство машин составляли истребители Н.Н. Поликарпова. Особенно интенсивно использовались бипланы и полуторапланы 66-го шап. Недоверие летного состава к устаревшим тихоходным самолетам, имевшее место в первые дни войны, осталось в прошлом. Документы части выделяют летчиков мл. лейтенантов Г.А. Буца, М.Т. Забненкова, П.Н. Рубцова, награжденных орденами Красного Знамени за успешные вылеты на «чайках» и «бисах», а также военинженера 3 ранга Андросенко, организовавшего быстрое восстановление поврежденных машин. Только 4 августа 15-я сад, куда входили 28-й иап и 66-й шап, выполнила перед фронтом КиУРа 61 самолето-вылет и сбросила на врага 1600 кг бомб.
Накануне в дивизии насчитывалось 52 самолета, из которых 36 были исправными. 6 августа авиационная поддержка усилилась, поскольку западнее Киева также начали действовать части 19-й бад. Два соединения совершили 78 самолето-вылетов. Для более эффективного использования имевшихся сил одна эскадрилья МиГ-3 (7 исправных истребителей) была передана в оперативное подчинение командира 19-й бад полковника А.К. Богородецкого.
Несмотря на это, 6 августа бой бомбардировщиков 33-го бап и истребителей прикрытия со звеном Bf109 завершился для нас неудачно: немецкие летчики, находившиеся в явном меньшинстве, подожгли Пе-2, Ар-2 и два МиГ-3 без собственных потерь. По воспоминаниям И.М. Холодова (впоследствии генерал-майора, Героя Советского Союза), наши перетяжеленные подкрыльевыми пулеметами истребители излишне «прижимались» к охраняемым бомбардировщикам и оказались явно в невыгодном положении в схватке с маневренными «мессерами». В то время большинство командиров продолжали полагать: пятипулеметные «миги», вновь появившиеся в 15-й сад, предпочтительнее использовать для уничтожения неприятельской авиации и штурмовки, чем вооруженные только тремя пулеметами истребители.
Бомбардировщик Ар-2, захваченный нацистами на Украине
На следующее утро в состав соединения включили 211-й и 45-й бап (в обоих имелось около 30 бомбардировщиков Су-2 и СБ), которые ранее подчинялись непосредственно штабу ВВС ЮЗФ. Заместитель командира 15-й сад подполковник Л.Г. Кулдин на учебном самолете PWS 26 (в воспоминаниях ветеранов его называли PZL) облетел аэродромы Переяслав, Яготин, Борисполь и Крестилево, поставил командирам частей боевые задачи, обрисовал сложившуюся обстановку. Особое внимание он уделил вопросам прикрытия вновь прибывших бомбардировщиков своими истребителями.
В тот же день части КиУРа нанесли контрудар по группировке противника. Неприятель тут же вызвал «юнкерсы» и «хейнкели», которые прорвались через небольшие заслоны «ястребков» и сбросили сотни бомб на советские войска. Одновременно подвергались воздействию опорные пункты и позиции артиллерии всего укрепленного района. Наши части понесли от налетов серьезные потери в технике и личном составе; среди получивших ранения были комиссар КиУРа Евдокимов, начальник артиллерии генерал Степанов и др.
Первыми из тыла прибыли на автомашинах и с ходу вступили в сражение батальоны 5-й вдбр Героя Советского Союза полковника А.И. Родимцева. В ходе боев эти и другие десантные части и подразделения энергично маневрировали по фронту. В некоторых оперативных документах говорилось об их выброске. Но ни разу, насколько известно, в интересах воздушно-десантных войск на киевском направлении не использовали транспортные самолеты, и вместо выброски в действительности происходила переброска.
С самолетов ТБ-3 из 14-го тбап несколько раз выбрасывались тактические десанты для подрывных действий во вражеском тылу во взаимодействии с партизанскими отрядами, но гораздо чаще они применялись как ночные бомбардировщики, содействуя оборонявшим Киев войскам. Помощь им оказала эскадрилья ст. лейтенанта Гаврилова из 250-го тбап, которая после завершения работы в интересах окруженной группы Понеделина приступила к ночному бомбометанию по ближним тылам группы Обстфельдера. В этот тяжелый период обороны посильную поддержку наземным войскам оказали также авиаторы 16, 17, 36 и 62-й авиадивизий. Их усилия стали особенно заметны после того, как основные силы 5-го германского авиакорпуса начали действовать южнее, в полосе 26-й армии.
В оперсводке N 2 штаба 37-й армии отмечается, что 8 августа истребители удачно поддержали контратаку 212-й вдбр, которой удалось восстановить положение. Всего в течение 4 — 10 августа наша авиация выполняла по 250–300 вылетов в сутки (большинство на киевском направлении) и, несомненно, способствовала отражению штурма города противником. По приказу командования ВВС ЮЗФ здесь также действовали самолеты ДБ-3ф из 4-го авиакорпуса ДД. В частности, подразделения 231-го дбап ночью одиночными экипажами бомбили автомашины и повозки в ближнем тылу немцев.
Второй штурм города, в ходе которого обе стороны понесли весьма тяжелые потери, удалось отбить. Более того, наши части неоднократно успешно переходили в контратаки. Так, немцам не удалось воспользоваться ценным авиационным имуществом, захваченным накануне в Жулянах. Ополченцы с бронепоезда «Литер А» ночью прорвались на станцию, прицепили 10 стоявших вагонов, в которых, кроме прочего, находились авиамоторы и разобранные самолеты, и вывезли их к своим. К 10 августа Красная Армия южнее Киева смогла частично восстановить положение, имевшееся к концу июля, вернув населенные пункты Тарасовка, Чабаны, Пирогово и отбив ряд дотов КиУРа. Неприятель временно перешел к обороне.