在地面，第58集团军下属的第58重型装甲师、第174重型机械化装甲步兵师、第202机械化装甲步兵师组成强大的突击部队从北面实施大规模迂回包围。在南线，第43集团军和第45集团军最后的300多辆坦克装甲战车全部集中起来了，分成两个突击方面，第171重型机械化步兵师和第172重型机械化步兵师分别支援两个集团军。43军、45军保留的最为完整的两个炮兵师连同58集团军的炮兵师，组成了帝国军最为庞大的炮兵编制——炮兵集团军，担任整个反击作战的炮火支援任务。
此时，苏军担任防御的第6坦克集团军司令员巴格拉米扬和第11坦克集团军司令员雷巴尔科此时完全没有反应过来。他们正面已经沉寂了一个星期的战场此时风云突变，一周以来，苏军同帝国军都是进行拉锯战，双方都感到精疲力尽，此时谁有没有力量全部吃掉对方。而南线以新库兹涅茨克的第37集团军遭遇全歼为代表，陷入全面的危机之中，新西伯利亚现在岌岌可危，苏军的东线总指挥科涅夫和参谋长兼西伯利亚军区司令员瓦图京此时根本抽调不出部队了。一切都要两个中将利用手中的力量来自行解决。
6月5日，一直在克麦罗沃担任进攻作战的第44集团军此时终于抽身出来，因为第60集团军已经担负起了第47集团军侧翼进攻的任务。此时的第44集团军右翼转入反攻，向苏军第11坦克集团军南翼实施突击，力求占领托木斯克——新西伯利亚的铁路线。苏军力求迟滞进攻，瓦图京急忙从战线其他地段的第38集团军向受威胁方向调来两个师，第38集团军司令员莫斯卡连科中将承担起了在新西伯利亚建立新防线的任务。这一天也被刘仁俊这个战区司令员看做反攻作战的具有转折意义的一天。
6月8日，经过后方补充后的第43集团军连同第45集团军重新投入作战，此时帝国军已经集中了43集团军、44集团军、45集团军和第58集团军，面对苏军帝国军的坦克已经达到了3:1.2的优势，步兵优势已达2:1，炮兵优势也达到了1.8:1，最后的反攻进入到了最为关键的时刻，同时苏军也在调兵遣将。
6月10日，苏军第6坦克集团军、第11坦克集团军、第38集团军部分部队连同军区第12机械化军共计1500辆坦克同帝国军3800辆坦克再次爆发了一场坦克大决战，战场就在新西伯利亚以东地区。早上，帝国军第58集团军最先进攻，苏军第12机械化军全力反击，在狭小的阵地上，苏军坦克的密集度变得很大，三百多辆坦克猬集在一起，给了帝国军队一个很好的机会。
第58集团军三个机械化步兵师和两个装甲师的师属炮兵，以及58集团军的炮兵师部队，共1000多门各型火炮开始对苏军的冲锋阵型进行了覆盖射击。10分钟的急促射，将2万多枚炮弹射向苏军坦克阵形中，同时，航空兵也赶到了战场，两个强击机师超低空飞行，发射了一枚没反坦克火箭弹，一朵朵绚丽的死亡之花在苏军坦克集群中不断绽开。当然，苏军的火箭炮也给帝国军炮兵部队以极大的杀伤，在没有炮火阻拦的情况下，双方的坦克部队终于撞到了一起。
新西伯利亚东面是鄂毕河上游地区，河岸边开阔的地形非常适合坦克的战斗，在面对苏军部队的快速进攻时，58集团军的坦克群且战且退，始终保持着近千米的交战距离。这样的距离上，苏军坦克没有一种火炮能够击穿58集团军在内蒙古新换装的40式II坦克的正面装甲，而40式II坦克上新换装的85毫米坦克炮，则可以很轻松地穿透苏军坦克的装甲。战斗进行的非常激烈，大批苏军的T—34坦克利用速度的极大优势，仅仅过去十余分钟就快速穿插进入了帝国军坦克群中，然后机动灵活的打击帝国军坦克薄弱的后部装甲和侧翼装甲。一个上午下来双方均有数百辆坦克被摧毁，到了中午，逐渐落于下风的见势不妙的苏军坦克施放烟幕逃离战场，最为强大的58装甲师和202装甲机械化师也进行追击。当天下午，已经机动到12机械化军侧翼的44军132机械化步兵师用师属炮兵对苏军坦克进行阻断打击，同时师属坦克团的一百多辆40式坦克也对最外围的苏军坦克进行打击。而机步师中数量最多的各种履带式和轮式步兵战车则凭借自身的速度，快速插向苏军坦克师中，将苏军的12机械化军的坦克和步兵割裂开来。战斗持续到了晚上，苏军的12机械化军几乎全军覆没，但是44集团军和第58集团军也付出了极大的代价。 6月13日晨，43集团军和45集团军军在猛烈炮火准备和航空火力准备之后，在托木斯克西南——新西伯利亚东北的方向开始反攻。同时，第58集团军和第44集团军也总方向并肩实施分割突击。各诸兵种合成集团军的坦克与机械化步兵刚楔入苏军主要防御地带，到当天下午，43军的205装甲机械化师和第43装甲师突破了防御的苏军第6坦克集团军，随后快速军队开始在战役纵深扩张战果，苏军的第11坦克集团军在集结地域亦遭重创，至此，苏军在新西伯利亚的防御阵地已被帝国军全面突破。
6月15日，从克麦罗沃一线快速前出的第60集团军集中了上千辆坦克在新西伯利亚东南方向扩大了突破口，其右翼向苏军的前沿阵地支撑点开进。为了解决前线的危机，苏军统帅部将从古比雪夫、鄂木斯克调来的战役预备队第22集团军和第17机械化军投入交战，企图在战线南部——克麦罗沃西南实施反突击，以粉碎帝国军的进攻，但这些企图均未得逞。战斗仍然在向帝国军有利的方向发展，新库兹涅茨克最终被全面占领，阿巴坎的苏军第47集团军残部逃向巴尔瑙尔，在那里连同原来的苏军第21集团军组成了新防线。
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