Всего за 30–31 октября на рубежах города было подбито и сожжено 78 танков, уничтожено большое количество живой силы немцев. Отразив мощный бронированный удар германских войск, защитники Тулы выдержали свой первый экзамен на мужество. В последующие дни противник наращивал силы в районе южнее Тулы (наибольшая концентрация отмечена 1 ноября в районе Косой Горы). Между 10 и 11 часами силой до двух батальонов пехоты при поддержке 18 танков была предпринята первая атака на наши позиции при поддержке авиации. Эта, а затем еще три атаки в течение дня были отбиты. Занимаемые рубежи были удержаны без существенных изменений. Было подбито и уничтожено 6 танков, 1 бронемашина, 25 автомашин, сбито 2 самолета противника.
ВВС поддерживали наши войска, уничтожая противника при ведении боев в районе Тулы, Косой Горы, Плавска. 31 октября в первой половине дня произведено 48 самолето-вылетов, а во второй с теми же задачами — 90 самолето-вылетов.
В распоряжение командования 50-й армии поступила 413 сд, которая спешно выгружалась в Сталиногорске. Дивизия имела в своем составе два стрелковых полка, артиллерийский полк и отдельный противотанковый дивизион, разведывательный и саперный батальоны, батальон связи. В стрелковых полках имелись штатные артиллерийские и минометные батареи, а в батальонах — 82-мм минометы и 45-мм пушки.
Эта дивизия имела задачу организовать непосредственную оборону города и не допустить распространение противника на восток от Орловского шоссе. По приказу Ставки Верховного главнокомандования она была направлена в район Дедилово, ст. Узловая, Маклец и сразу вступила в бой. Период со 2 по 6 ноября характеризовался увеличением активности противника главным образом западнее Тулы на фронте 194 сд и усиленной разведкой боем в районе Дедилово. Атаки с юга на Тулу противник не прекратил, но они предпринимались меньшими силами, чем прежде.
Огромные потери в бронетехнике отразились на активности немецкой пехоты, которая действовала под прикрытием танков и в качестве танковых десантов. Поэтому защитники Тулы направляли основные свои усилия на уничтожение бронетехники врага.
В ночь на 3 ноября немцы предприняли психическую атаку на позиции 156-го полка НКВД. Танки врага с зажженными фарами без стрельбы на полном ходу в сопровождении мотоциклистов приближались к позициям полка. Удар пришелся на батальон майора В. В. Потетюрина. Для усиления психологического эффекта ревели двигатели тракторов в Платоновском лесу. Подпустив нацистов поближе, артиллеристы 732 зап (Бондаренко) и 447 гап (Маврака) открыли огонь на поражение. При свете прожекторов, освещавших поле боя, оставив до 10 подбитых и сожженных танков, немцы отступили. Подобная психическая атака была повторена германскими войсками 7 декабря на западной окраине города, но и она также закончилась для врага плачевно. До психической атаки на участке Воронежского шоссе пытался прорваться полк «Великая Германия». Атака танков была отбита воинами 154 сд с помощью зенитчиков и артиллерии. Неся потери, немцы продолжали наступать, накатываясь волнами на передний край стрелковых полков. В решающую минуту боя советские бойцы поднялись в штыковую атаку. Нацисты не выдержали и отступили.
Стойкость защитников Тулы не позволила противнику лобовым ударом с юга овладеть городом. Выигрыш во времени обеспечил частям 50-й армии возможность привести себя в порядок после отхода, получить подкрепление, войти в связь с частями 49-й армии Западного фронта и сосредоточить в районе Дедилова 299 сд. В целом была создана прочная оборона Тулы. Командованию удалось создать резерв из двух полков 31-й кав дивизии, а начальнику ТБУ — из 290 сд.
6 ноября закончился первый этап операции фронта. 7-го начался второй — 50-я армия должна нанести удар на Щекино. В условиях «высокого боевого подъема духа солдат», вызванного 24-й годовщиной Октябрьской революции, командование Брянского фронта приняло решение на проведение контрудара по Тульской группировке германских войск силами 50-й и 3-й армий. Войскам 50-й армии ставилась задача: прочно оборонять город с юга, с севера и северо-запада, утром 7 ноября во взаимодействии с частями 3-й армии уничтожить тульскую группировку противника в районе Косая Гора, Ясная Поляна, Щекино. В дальнейшем, преследуя противника на запад и юго-запад, выйти на рубеж Павшино, Слобода, Крапивна, Плавск, Рожд. 1, 2-е, где закрепиться. По 50-й армии был разработан приказ (по армии), в котором конкретно ставились задачи привлекаемым к операции подразделениям. В приказе № 10 от 6.11.41 года командование 50-й армией оценило сложившуюся ситуацию как попытку 24-го танкового корпуса овладеть Тулой с юга, а наступление пехотных дивизий 43-го армейского корпуса на участке Павшино, Воскресенское — как попытку выйти на Московское шоссе к северу от Тулы. Такая оценка соответствовала действительности.
7–8 ноября был нанесен контрудар частью сил 50-й армии в направлении Щекино. Для проведения удара назначалась 413-я сд во взаимодействии с 32-й танковой бригадой (они должны были действовать) в направлении н/п Мал. Еловая, Толстовский; 260 сд с задачей захвата высот у н/п Малеевка; 290 сд — в направлении н/п Струково, Косая Гора. Остальным соединениям и частям предписывалось удерживать занимаемые рубежи. Артиллерийской подготовке отводилось 30 минут. 7 ноября, опираясь на оборону 258 и 194 сд на западе и северо-западе, наши войска перешли в наступление. Противник оказал активное сопротивление, из-за чего наступление развивалось медленно. Сказались и организационные недостатки.
Так, 32-я танковая бригада опоздала с выходом в исходное положение (н/п Большая Еловая), взаимодействие с 413 сд на местности организовано не было, связь работала плохо, донесения в штаб армии не поступали. К исходу 7 ноября 413 сд вышла на рубеж Малая Еловая, Тихвинское, но будучи атакованной пехотой противника (два батальона с 25–30 танками) отошла на рубеж Большая Еловая, Борыково. Задача по организации на местности взаимодействия с пехотой и артиллерией, возложенная на командира 32-й танковой бригады, была ошибочным решением, так как такие обязанности возлагались на штаб армии. В результате на этом участке успех не был достигнут.
В результате наступления 290 сд вплотную подошла к Косой Горе. Были заняты ст. Рвы, Струково. 260 сд овладела Малеевкой. 58-й запасной полк овладел Нижней Китаевкой. При этом на остальных участках обороны положение не изменилось. В течение 8 ноября 217 и 154 сд отбивали неоднократные атаки противника на Китаевку и в районе Орловского шоссе.
На всех участках наступления противник оказывал упорное сопротивление, вводил в бой танки, действовал огнем из засад, организовав продуманную систему огня. Так, в районе Косой Горы, где действовала 290 сд, отмечалось скопление более 200 танков противника и полка мотопехоты (в 50-й армии было лишь 28 танков в 32-й танковой бригаде). В первой половине дня 9 ноября в полосе 290 сд немцы перешли в наступление. Дивизия оказывала упорное сопротивление, уничтожила 6 танков, более 300 вражеских солдат. Однако под натиском сил противника вынуждена была отойти. К утру 10 ноября соединение вышло на рубежи, установленные командованием, и заняло оборону по Орловскому шоссе на участке Хопилово — Мыза. Таким образом, контрудар 50-й армии, продолжавшийся три дня (с 7 по 9 ноября), окончился почти безрезультатно. Задачи выполнены не были. Главной причиной невыполнения задач было то, что контрудар проводился силами, не соответствующими мощи противостоящего противника, скорее всего для политического отчета к очередной годовщине Октябрьской революции. Инициатива находилась в руках противника, и он имел превосходство в живой силе и — подавляющее — в танках, авиации и автоматическом оружии. Сказался также недостаток боеприпасов и противотанковых средств борьбы. Много было недостатков в организации боя: запоздалый выход 32-й танковой бригады, отсутствие четкой связи и как следствие нарушение управления войсками. Однако положительным результатом контрнаступления можно считать то, что 24-й моторизованный корпус немцев на время перешел к обороне. Германские войска также понесли значительные потери в технике и живой силе.
