但科涅夫的机动兵力还是不多。配属的第５ 近卫坦克集团军已调往后方休整。只能指望右翼第１ 机械化军的少量坦克。为了加速冲向第聂伯河，该军组成了一个快速支队。
而要冲向第聂伯河，就必须拔除波尔塔瓦的德军据点。按照曼施坦因９ 月上旬的计划，波尔塔瓦本应成为德军的中间防线。而在９ 月中旬决定撤退后，波尔塔瓦又成为阻滞苏军追击的重要屏障。
在该城及其两侧的沃尔斯克拉河，德国人把桥梁破坏殆尽，并增派了第１０６ 步兵师和“帝国”师。德军控制的右岸先是一片低地，然后是陡峭的悬崖，上面架设了机枪、迫击炮和直瞄火炮。苏联目击者回忆，只要红军一接近沃尔斯克拉河，就会招徕西岸德军的猛烈炮火。德国重型坦克也沿着河岸，不断射击对面的苏军和河里的炮艇。无法前进的苏军，只能坐视面前的波尔塔瓦城被德军纵火焚烧，笼罩在浓烟中。８ 个居民企图阻止德国人烧毁博物馆，结果自己也被投入火中；数百名拒绝和德军撤退的铁路工人则被关在机车库内烧死。
９ 月２２ 日，科涅夫亲赴前线视察扎多夫的第５ 近卫集团军，敦促他们于９ 月２３ 日拂晓占领波尔塔瓦。俄国军人都很清楚波尔塔瓦对俄国历史的重要意义：２３４ 年前，彼得一世正是在这里击败了瑞典查理十二世的军队。而第５ 近卫集团军在沃尔斯克拉河的渡河点，正是当年彼得的老路。
实际上，当天上午７ 时，苏军第９ 近卫空降师和第９５ 近卫步兵师等部队已经渡到了右岸。随后又有更多部队渡河。冒着“自斯大林格勒以来最猛烈的德军炮火”和被炸得翻腾起来的河水，苏军士兵拼命划船。待船只靠岸后，很快响起了一片俄国士兵冲锋的“乌拉”声。
战斗延伸向波尔塔瓦城。一些苏联空降兵提前渗入市中心，给守军造成了混乱。德军后卫迅速撤离。９ 月２３ 日晨，红军解放了波尔塔瓦。此时城市已被烧得破败不堪。但红军还是从一座部分被烧的学校里救出了一些居民。
利用红军受阻于波尔塔瓦这段时间，德第８ 集团军迅速撤退。其第１１ 军（军长劳斯）于９ 月２０ 日抵达第聂伯河。按照曼施坦因的指示，劳斯将掩护第８ 集团军约１３ 个师从克列缅丘格渡河。包括第６、７、１１ 装甲师，第２０ 装甲步兵师，“骷髅”师和“日耳曼”师，第３９、１０６ 、１６７ 、１６８ 、１９８ 、２８２ 、３２０ 步兵师。
德国人需要送过河去的家当极多。６ 个机械师和５ 个步兵师就有７ 万辆机动车。德国工兵另外建了一条临时浮桥，用来运送第８ 集团军掠来的３ 万辆民用车。抢来的６４０００ 匹马和８ 万头家畜、数万奴隶劳工也不能放弃。