26-я армия вплоть до 25 июля сковывала главные силы Клейста (3-й и 14-й моторизованные корпуса), но соединениям 48-го моторизованного корпуса еще 20 июля удалось выйти из боя и двинуться на Умань. К исходу того же дня они вышли в район Монастырище, то есть в тыл 6-й и 12-й армиям. Только подоспевшие части 2-го механизированного корпуса генерала Ю.В. Новосельского не позволили 48-му моторизованному корпусу соединиться с 17-й полевой армией и окружить советские войска восточнее Винницы.
Над 6-й и 12-й армиями нависла угроза окружения. На 21 июля в их составе насчитывалось 24 дивизии, воздушно-десантная и две противотанковые бригады. В июле 1941 г. в состав 6-й армии входили 6-й и 37-й стрелковые корпуса, 4-й и 15-й моторизованные корпуса, 5-й кавалерийский корпус, а также личный состав 4-го и 6-го укрепрайонов. В состав 12-й армии входили 13-й и 17-й стрелковые корпуса, 16-й моторизованный корпус, 10-й и 11-й укрепрайоны. С начала войны в ходе ожесточенных боев и продолжительных переходов обе армии потеряли 46 844 человека, 27 667 из которых пропали без вести. У людей силы были на исходе, части нерегулярно снабжались хлебом и другими продуктами. Обмундирование и обувь сильно износились.
Против них действовали 13 дивизий и 4 бригады. Одни только немецкие дивизии без учета словацких и венгерских бригад, а также частей резерва главного командования насчитывали свыше 100 тыс. человек, около 3 тыс. орудий и минометов, более 200 танков. Советские войска к этому времени имели около 130 тыс. человек, более 1000 орудий и минометов, 384 танка. В воздухе господствовала немецкая авиация. Советские войска испытывали острую нужду в транспортных средствах, им не хватало самого необходимого для боя — боеприпасов и горючего.
Навстречу 26-й армии наносили удар по врагу 6-я и 12-я армии генерал-лейтенанта И.Н. Музыченко и генерал-майора П.Г. Понеделина, соединения которых действовали в восточном направлении. По оценке немецкого командования, их действия носили организованный характер и причинили немалый урон танковым дивизиям Клейста. Ему пришлось срочно усиливать свой 48-й моторизованный корпус.
Возросшее сопротивление противника, большие потери и отсутствие боеприпасов вынудили генералов Музыченко и Понеделина прекратить наступление. Положение становилось критическим. Генерал Понеделин, который возглавил отрезанные войска, сообщал Военному совету фронта, что они «находятся в крайне тяжелом состоянии и на грани полной потери боеспособности». В дивизиях оставалось не более четверти штатной артиллерии, и каждая имела всего от одной до четырех тысяч человек.
24 июля генерал Кирпонос, ссылаясь на сложность управления и невозможность снабжения 6-й и 12-й армий, просил Ставку Верховного Главнокомандования передать обе армии Южному фронту. Согласие было получено. На следующий день генерал И.В. Тюленев получил приказ отвести армии на рубеж Звенигородка — Тальное — Христиновка — Умань, то есть пробиваться на восток. Следовательно, им предстояло прорываться через дивизии 48-го моторизованного корпуса и приданные ему соединения. В то же время на юго-востоке, на стыке с 18-й армией Южного фронта оставалось почти стокилометровое пространство, не занятое еще противником, которое можно было использовать для отвода наших войск. Но командование юго-западного направления, так же как и Ставка, не воспользовалось этим обстоятельством. Генерал Тюленев стремился в точности выполнить поставленную Ставкой задачу: отводить 6-ю и 12-ю армии на восток. Но после 26 июля из-за недостатка сил 26-я армия генерала Ф.Я. Костенко прекратила атаки навстречу отходившим войскам.
Таким образом, передача 6-й и 12-й армий Южному фронту решила их судьбу. На третий день после их формального подчинения Тюленеву штаб Южного фронта сообщал в Ставку, что установить точное положение частей 6-й и 12-й армий невозможно из-за отсутствия связи. Положение в районе действий переданных армий удалось выяснить только 29 июля.
Ставка, как и командование Южного фронта, недооценила опасность окружения армий Музыченко и Понеделина, считая, что противник стремится отбросить их на юг, чтобы овладеть переправами на Днепре, между Киевом и Черкассами, для дальнейшего наступления на Донбасс. В связи с этим она 28 июля потребовала от войск Юго-Западного и Южного фронтов не допустить прорыва противника к Днепру. А неприятель продолжал затягивать петлю с востока и юго-запада, не ослабляя натиска с севера и запада.
Упорное сопротивление войск генерала Понеделина в районе Умани задержало дивизии Клейста почти на восемь суток. Окружить советские войска ударом навстречу 17-й полевой армии ему не удавалось. Между тем Клейст опасался, что если советские войска будут отходить на юго-восток, то они могут избежать окружения. 29 июля он приказал 48-му моторизованному корпусу, обходя Умань с востока, наступать на Первомайск. Соответствующую задачу 49-му горнострелковому корпусу поставил командующий 17-й армией: корпус повернул на юго-восток. Этот маневр противника, казалось бы, давал советским войскам драгоценное время для ликвидации угрозы окружения и выхода на юго-восток. Командование Южного фронта упустило и эту последнюю возможность, предоставленную судьбой. Оно по-прежнему требовало от 6-й и 12-й армий отходить на восток.
1 августа стало переломным днем в сражении под Уманью. Утром генералы П.Г. Понеделин и И.Н. Музыченко доложили по радио Военному совету фронта и Ставке: «Положение стало критическим. Окружение 6-й и 12-й армий завершено. Налицо прямая угроза распада общего боевого порядка 6-й и 12-й армий на два изолированных очага с центрами Бабанка, Теклиевка. Резервов нет. Просим очистить вводом новых сил участок Терновка, Ново-Архангельск. Боеприпасов нет. Горючее на исходе».
К этому времени 26-я армия отошла за Днепр, удерживая на его правом берегу Ржищевский и Каневский плацдармы. Начала отходить на юго-восток и 18-я армия — южный сосед группы Понеделина. Пала Умань.
2 августа на реке Синюхе, у Добрянки, немецкие 1-я танковая группа и 17-я полевая армия замкнули кольцо окружения вокруг советских войск, а на другой день 16-я танковая дивизия и венгерский корпус соединились в Первомайске, создав еще одно кольцо. Однако командование Южного фронта и мысли не допускало, что его войска оказались в двойном «котле». Считая, что Понеделину с востока противостоят лишь танковая и моторизованная дивизии, генерал Тюленев приказывал ему «активными действиями в восточном направлении уничтожить прорвавшегося противника, занять и прочно удерживать рубеж Звенигородка, Бродецкое, Ново-Архангельск, Терновка, Краснополье». В действительности же против группы Понеделина только с востока наступали два корпуса 1-й танковой группы в составе шести дивизий, а также две пехотные дивизии, а с запада и северо-запада — часть сил 6-й немецкой армии, соединения 17-й полевой армии и венгерский подвижной корпус.
С 4 августа окруженные оказались целиком предоставленными самим себе. Правда, командование Южного фронта пыталось перебрасывать им по воздуху боеприпасы, но, по свидетельству немцев — участников боев под Уманью, значительная часть сброшенных грузов попадала в их руки. Командование группы не теряло управления войсками и настойчиво пыталось вырваться из окружения. Последняя попытка была предпринята в ночь на 7 августа. Советским войскам удалось прорвать оборону 1-й горнострелковой и 24-й пехотной дивизий врага. На направление прорывов немецкое командование повернуло 16-ю моторизованную дивизию и полк СС «Вестланд». Днем 7 августа прорыв в основном был ликвидирован, хотя еще до 13 августа в лесу восточнее Копенковатое, по свидетельству немцев, продолжала сражаться группа командиров и красноармейцев.
Восстановить истинные масштабы потерь советских войск. в сражении под Уманью практически невозможно. На 20 июля 6-я и 12-я армии насчитывали 129,5 тыс. человек. По данным штаба Южного фронта на 11 августа, окружения удалось избежать 11 тыс. человек, главным образом из тыловых частей. По немецким источникам, под Уманью было взято в плен 103 тыс. советских солдат и офицеров. В плен попали командующие 6-й и 12-й армиями генералы И. Н. Музыченко и П. Г. Понеделин, четыре командира корпусов и одиннадцать командиров дивизий. Погибли два командира корпусов и шесть командиров дивизий. Но и потери противника, по его собственному признанию, были неожиданно велики. В октябре 1941 г. Понеделин был заочно приговорен к расстрелу. В 1945 г. его освободили союзники и репатриировали в СССР. Пять лет бывший генерал-майор провел в лагере. Оттуда он обратился с ходатайством лично к Сталину. Результатом стал второй суд, приговоривший 25 августа 1950 г. бедолагу к высшей мере.