В ночь с 5 на 6 июля части 3-й истребительной бригады заняли позиции на высотах, контролирующих проход по горловине между оврагами на юго-восточной окраине села Самодуровка и Кашарским логом. 1-я и 4-я артиллерийские батареи расположились на склонах высоты 231.7; 6-я батарея – на высоте 220.4 на юго-восточной окраине Самодуровки у мельницы; 7-я батарея вместе с 1-м батальоном противотанковых ружей – на высоте 238.1 Ольховатской гряды, контролирующей старую Кромскую дорогу; 2-я и 3-я батареи вместе со 2-м батальоном противотанковых ружей – на высотах 234 и 234.5, контролирующих дорогу Ольховатка – Самодуровка, а также мост через устье лога Широкий, то есть прямой путь в Ольховатку; 5-я батарея – в резерве на высоте 240 вместе с минометным дивизионом, ротой автоматчиков, штабом бригады и командованием бригадного артиллерийского полка. Командир бригады полковник Рукосуев занял командно-наблюдательный пункт на южных склонах высоты 269.8, примерно в 5 – 6 км от передовых позиций соединения.
Здесь же, на участке Молотычи – Ольховатка, развернулись три дивизиона артиллерийского полка 70-й гвардейской стрелковой дивизии. Они вели огонь с закрытых позиций по немецким минометным батареям в районе Саборовки, Подсоборовки, а также ставили заградительный огонь на рубеже северо-восточнее и севернее Ольховатки по просьбе командира 75-й гвардейской стрелковой дивизии генерала Горишного. Минометные батареи 70-й дивизии были укрыты в ложбинах вокруг высоты 238.1.
Соответственно, прорвав позиции стрелковых частей противника восточнее Самодуровки, боевая группа 2-й танковой дивизии встретилась в горловине между Кашарским и Самодуровским оврагами с фронтальным противотанковым огнем 1-й, 4-й и 6-й артиллерийских батарей 3-й истребительной бригады, фланговым огнем 7-й батареи этой бригады с высоты 238.1, а также заградительным артиллерийско-минометным огнем дивизионной артиллерии и минометов. Перед этим немцы провели авиационную разведку направления атаки, но позиции артиллерийских и минометных частей обнаружить не смогли. В результате минометным огнем немецкая пехота была отсечена от танков. Атаковать позиции русских в ложбинах и на окраинах Самодуровки без поддержки своей пехоты немецкие танкисты не решились. В то же время 1-я и 4-я артиллерийские батареи вели прицельный огонь с коротких дистанций по бортам и гусеницам немецких средних танков. В этом бою наиболее отличилась 4-я артиллерийская батарея под командованием старшего лейтенанта Дмитрия Андреева, бойцы которой подбили 14 вражеских боевых машин. Три орудия 4-й батареи были выдвинуты несколько вперед, чтобы вести огонь по танкам прямой наводкой, и одна пушка оттянута назад, с задачей картечным огнем отсекать пехоту от танков. Хотя в ходе артиллерийской дуэли германские танкисты уничтожили три орудия 4-й батареи и два орудия 1-й батареи, но огонь 6-й и 7-й батарей вынудил их попятиться назад, в лощину за оврагами северо-восточнее Самодуровки, где нашла укрытие пехота. Немногочисленные прорвавшиеся вперед танки встретились с огнем хорошо замаскированной батареи противотанковых орудий 207-го полка 70-й гвардейской дивизии под командованием лейтенанта Сергея Денисова. Без прикрытия своей пехоты немецкие боевые машины при попытках продвижения вперед становились мишенью для неприятельских стрелков, которые забрасывали их из укрытий гранатами и бутылками с зажигательной смесью.
Подавить позиции вражеской противотанковой артиллерии и минометов с помощью собственного артиллерийского огня и авиационных ударов командованию 2-й танковой дивизии не удалось. Тем не менее, авиационные налеты причинили частям 3-й истребительной бригады значительные потери – так, в 7-й артиллерийской батарее осталось два орудия, а вечером был ранен в обе ноги командир батареи старший лейтенант Владимир Герасимов, так что командование вместо него принял старший лейтенант Виктор Бурчак. Уцелевшие орудия 1-й и 4-й батарей были объединены в составе 1-й батареи под командованием капитана Георгия Игишева, которая 7 июля продолжала оборонять высоту 231.7, а в ночь на 8 июля заняла восточный склон высоты 238.1. Для укрепления обороны на участке Самодуровка – Ольховатка в ночь с 6 на 7 июля сюда была переброшена 15-я мотострелковая бригада 16-го танкового корпуса, которой командовал полковник Петр Акимочкин.