2 августа можно считать днем, когда опрометчивыми решениями командования Южного фронта судьба 6-й и 12-й армий была предрешена. Генерал И.В. Тюленев не утвердил решение генерала И.Н. Музыченко на прорыв в южном направлении и повторил прежнюю задачу по восстановлению фронта с 26-й армией. Он своей волей отменил приказ командования Юго-Западного направления на вывод группы Понеделина из окружения, повторив ей прежнюю задачу. Возможно, что, отдавая свои приказы, генерал И.В. Тюленев рассчитывал на успех назначенного им на 3 августа наступления 18-й армии. Ее частям предстояло атаковать в 15.00 и выйти на рубежи Лысая Гора – Тарасовка (село в 8 км западнее) и Тарасовка (село в 20 км восточнее Голованевска) – Троянка. В наступление выделялись, соответственно, группа генерала Н.Д. Гольцева и соединения 17-го корпуса.
У группы Понеделина еще оставался шанс на благополучный исход в случае быстрого вывода соединений на восточный берег реки Синюха, но осуществить его всего по двум мостам и одной дамбе было крайне затруднительно. В дальнейшем генерал П.Г. Понеделин не раз упрекал себя, что не взял на себя ответственность и затянул с принятием решения о переброске группировки за реку Синюха.
В первой половине дня основные части 16-й немецкой танковой дивизии продолжали наступление в сторону Первомайска. Первой в город ворвалась боевая группа «Вагнер». Появления немецких войск с северо-востока здесь, как выяснилось, никто не ожидал. Никакой обороны с этого направления создано не было. Бой в городе носил хаотичный характер, выливаясь в перестрелки разрозненных групп красноармейцев с хорошо организованными немецкими подразделениями, поддерживающими друг друга огнем пулеметов и орудий. В такой ситуации остановить их не было никакой возможности. Утром 3 августа Первомайск был занят противником.
Положение в районе Голованевска 3 августа
В утренние часы 3 августа штаб 12-й армии был переведен из Теклиевки в Подвысокое, где уже располагался штаб 6-й армии. И с этого времени оба штаба находились в одном месте и старались координировать свои действия. А обстановка складывалась угрожающая. Было получено повторное сообщение о захвате немцами Тишковки. К 3 августа ожидаемой деблокады со стороны дивизий генерала А.К. Смирнова так и не произошло. Обстановка усугублялась утратой связи с командованием 18-й армии. В такой ситуации выполнять поставленную задачу по восстановлению прорванного фронта казалось невозможным.
Осознав бесперспективность атак группы Понеделина в восточном и северо-восточном направлениях и невозможность восстановить таким способом фронт обороны, командование Юго-Западного направления отдало приказ командующему Южным фронтом генералу И.В. Тюленеву выводить 6-ю и 12-ю армии на юг на соединение с 18-й армией. Но тот, как уже было сказано, в нарушение полученного приказа, не довел его до сведения командующих 6-й и 12-й армий, и 4 августа повторил свое распоряжение: группе Понеделина – прорываться на восток, в направлении с. Новоукраинки. Видимо, генерал И.В. Тюленев все еще рассчитывал на успех своего плана, несмотря на существенное ухудшение обстановки в полосе фронта.
Наиболее активные действия в течение дня разворачивались на южном и юго-восточном участках фронта окружения. Ударная группа 24-го мехкорпуса продолжала наступление в восточном и северо-восточном направлениях. К 17. 00 49-я танковая дивизия полковника К.Ф. Швецова при поддержке 211-й воздушно-десантной бригады уже вела бой в трех километрах от села Тишковка. 16-й мотоциклетный полк и 44-я дивизия вновь атаковали Новоархангельск, взяв его в полукольцо. Но прорваться на Ямполь, как это планировалось командованием 12-й армии, 24-му мехкорпусу не удалось.
3 августа немцы при поддержке бомбардировочной и штурмовой авиации предприняли атаки в полосе 99-й стрелковой дивизии и 10-й дивизии войск НКВД. Упорные бои развернулись за села Вишнополь и Каменечье. В этот день в обороняющихся дивизиях подошли к концу артиллерийские снаряды, и поддерживать пехоту стало нечем, устойчивость обороны нарушилась. Воспользовавшись этим обстоятельством, немцы прорвались в стык между 99-й дивизией и 10-й дивизией НКВД и захватили Каменечье и Вишнополь, создав угрозу непосредственно селу Подвысокому.
В полосе обороны немецкой 16-й моторизованной дивизии день прошел относительно спокойно. С утра шел дождь, вновь сделав дороги труднопроходимыми. Командование ожидало прибытия с северо-восточного направления частей 297-й пехотной дивизии, но время шло, и никого видно не было. Наблюдатели противника 60-го полка в 10.45 заметили движение колонн от с. Зеленьков на юг, и в 11.15 по ней открыла огонь 2-я батарея артполка соединения, полагая, что по дороге следует советская войсковая часть. Обстрел длился 10 минут. Отправленная разведка в 12.15 обнаружила находившиеся на марше батальоны 297-й дивизии, и тут выяснилось, что орудия 146-го артполка только что обстреляли солдат 522-го полка. Оправдывало то, что колонна двигалась без каких-либо опознавательных знаков, и нанесенные потери оказались невелики – всего четыре раненых солдата и шесть убитых лошадей.
Вскоре после полудня части 297-й дивизии достигли рубежа в 1,5 км от с. Каменечье. К селу выдвинулась разведка 2-го батальона 6-го полка, которая установила, что советские войска, усиленные двумя орудиями и одним минометом, занимали только западную часть.
К вечеру 297-я дивизия заняла юго-восточную окраину Вишнополя, но атаковать Каменечье ее командир не торопился. Он лично прибыл на командный пункт 60-го полка, чтобы ознакомиться с обстановкой. После короткого совещания генерал отдал приказ 522-му полку атаковать Каменечье. К 21.30 он успел занять северную окраину села, после чего остановился на достигнутых позициях.