Накануне 6-й танковый корпус русских занял оборону на фронте протяженностью 13 км, от села Меловое до Ракова и Шепелевки. Командующий корпусом генерал Гетман развернул в первом эшелоне 22-ю и 200-ю танковые и 6-ю мотострелковую бригады, тогда как 112-я танковая бригада оставалась в резерве. На участок Чапаев—Шепелевка генерал Гетман заранее выдвинул корпусную артиллерию — 79-й и 270-й гвардейский минометные полки (два дивизиона 79-го полка реактивных минометов были переданы корпусу из 6-й гвардейской армии). Кроме того, 86-я отдельная танковая бригада полковника Василия Агафонова (Василий Сергеевич Агафонов) и 59-й отдельный танковый полк, переброшенные с участка 40-й армии, были направлены для поддержки стрелковых подразделений 90-й гвардейской стрелковой дивизии 6-й гвардейской армии, занявших оборонительные позиции на южном берегу реки
Пены150. Таким образом, в районе Чапаево—Раково—Шепе-левка—Завидовка оказалось сосредоточено 200—250 советских танков и САУ.
Около 10 часов боевые группы немецкой 3-й танковой дивизии — танки и панцер-гренадеры на бронетранспортерах — в четырех колоннах начали выдвигаться в направлении Раково—Шепелевка, но за 2—3 км от позиций противника оказались под сильным артиллерийско-минометным обстрелом. Развернув боевые порядки, немцы с 11 часов четырежды атаковали оборонительный рубеж 6-го танкового корпуса силами до 150 танков151, каждый раз при поддержке авиации, которая группами по 60—70 самолетов бомбардировала боевые порядки и артиллерийские позиции советских войск, однако все атаки были отражены организованным огнем. Основной удар был нанесен в полосе 6-й мотострелковой и 22-й танковой бригад, которыми командовали полковники Иван Елин и Нил Веденичев. По утверждению генерала Гетмана152, в ходе боя, длившегося до 16 часов, было подбито и уничтожено около 70 немецких танков. Причем только теперь немецкие командиры выяснили, что хотя река Пена мелкая, но имеет крутые и вязкие берега, а пойма реки заболочена, вследствие чего преодолеть ее с ходу для танков невозможно.
В то же время боевым группам моторизованной дивизии «Великая Германия» и 11-й танковой дивизии удалось к 14:30 овладеть районами населенных пунктов Алексеевка и Луханино, вытеснив оттуда части 67-й гвардейской стрелковой дивизии, и выйти к оборонительному рубежу 3-го механизированного корпуса генерала Кривошеина.
Полковые артиллерийские группы 67-й дивизии и батареи ее 138-го гвардейского артиллерийского полка пытались плотным прицельным огнем прямой наводкой остановить вражеские танки — до 100 боевых машин, в том числе «Тигры» и «Пантеры», но были частью уничтожены, а частью отошли на запасные и отсечные позиции. Полковник Аркадий Николин, командовавший артиллерией 67-й гвардейской стрелковой дивизии, погиб в боях 6 июля, при авиационном налете. Командиру 138-го артиллерийского полка гвардии майору Георгию Ковтунову неоднократно приходилось отдавать приказы на открытие огня по своим подразделениям и батареям, вызвавшим огонь на себя. Однако прорыв боевой группы немецкой 3-й танковой дивизии на рубеже правого соседа — 71-й гвардейской стрелковой дивизии, привел к отходу и 67-й стрелковой дивизии.
В то же время 3-й механизированный корпус генерала Кривошеина развернулся на 19-километровом фронте Алек-сеевка—Яковлево, имея в первом эшелоне 1, 3 и 10-ю механизированные и 1-ю гвардейскую танковую бригады. Второй эшелон составляла 49-я танковая бригада. Боевые порядки бригад строились в один эшелон с резервом, который в танковых бригадах включал танковую роту, а в механизированных — танковый полк без танковой роты. На этом же рубеже вдоль речек Пена и Лухана закрепились гвардейские стрелковые части 90-й гвардейской стрелковой дивизии. В течение всей второй половины дня 6 июля здесь шли ожесточенные бои — советские механизированные части, окопав свои танки и артиллерию, действовавшие с использованием всех преимуществ позиций, расположенных на возвышенности, вместе с пехотой отразили четыре атаки немцев, проводившиеся силами до 220 танков при поддержке авиации (работе немецких бомбардировщиков активно препятствовали части 205-й истребительной авиационной дивизии полковника Юрия Немцевича из состава 5-го истребительного авиационного корпуса). На правом фланге 3-го механизированного корпуса части 1-й и 10-й механизированной бригад полковников Ивана Яковлева (Иван Иванович Яковлев) и Федора Липатенкова (Липатенко) отражали атаки танкового и пан-цер-гренадерского полков моторизованной дивизии «Великая Германия». В центре 3-я механизированная бригада полковника Амазаспа Бабаджаняна оборонялась против боевой группы немецкой 11-й танковой дивизии. Трижды отдельные группы немецких танков преодолевали огонь противотанковой артиллерии и противотанковых ружей и прорывались через боевые порядки мотострелковых батальонов, но отступали после контратак танковых полков механизированных бригад из глубины обороны. В итоге боевая группа в составе 1-го батальона панцер-гренадерского полка майора Ремера, усиленного танками, прорвавшаяся в район села Дуброво (Дуброва), была вынуждена занять круговую оборону на высоте 247,2 и вести бои в окружении.