К концу августа положение Юго-Западного фронта превратилось из угрожающего в катастрофическое. Резервов не оставалось, механизированные соединения либо были уничтожены, либо остались без снабжения боеприпасами и топливом. Аналогичная ситуация складывалась и с авиацией.

Брянский фронт, который был призван предотвратить прорыв противника с севера в тыл Юго-Западного фронта, не смог выполнить свою задачу.

6-я армия вермахта успешно форсировала Днепр севернее Киева и в районе Чернигова, замыкая свой левый фланг с войсками 2-й полевой армии из группы "Центр".

В начале сентября войска 1-й танковой группы также перешли Днепр, захватили плацдарм у Кременчуга и начали наступление на север. 15 сентября обе группировки немецких войск соединились в районе Лохвицы. Части советских 5-ой, 37-ой, 26-ой и 21-ой армий оказались в окружении.

13 сентября главнокомандующий войсками западного направления, С.М. Буденный, был снят с поста, а на его место назначен С.К. Тимошенко.

19 сентября по приказу Ставки Киев был оставлен. Все попытки деблокировать окруженные войска оказались безуспешными. Вырваться из окружения удалось лишь остаткам 4-х армий. В ходе этих событий погибли выдающиеся военачальники, в том числе генерал-полковник М. П. Кирпонос 20 сентября, член Военного совета фронта М. А. Бурмистенко, и начальник штаба фронта генерал-майор В. И. Тупиков.

К 26 сентября Юго-Западный фронт отступил на оборонительный рубеж Белополье — Шишаки — Красноград, завершив тем самым Киевскую оборонительную операцию 1941 года.