Наступление 113-й и 336-й пехотных дивизий 8-го армейского корпуса против 680-го стрелкового полка 169-й стрелковой дивизии (28-я армия) и левофлангового 1050-го стрелкового полка 301-й стрелковой дивизии (21-я армия) началось с 3.55 10 июня 1942 г. Атаковавший на вспомогательном направлении в направлении деревни Коровино левофланговый 3-й батальон 685-го пехотного полка 336-й ПД встретил сильное сопротивление со стороны 1-го батальона 1050-го СП и после 3 часов боя смог лишь занять рощу в 2 км западнее Коровино, незначительно вклинившись в советские позиции. Наступавший правее него на Архангельское 1-й батальон 685-го ПП залег под сильным огнем перед рощей южнее Коровино, при этом его 2-я рота понесла большие потери и к исходу дня насчитывала примерно 65 бойцов. Только спустя 5 часов после начала наступления, в 9.05 3-й батальон 685-го ПП смог прорваться в Коровино, полностью заняв его в 11.30, а справа от него 1-й батальон 685-го ПП в это же время занял село Архангельское.
Гораздо лучше протекало немецкое наступление на участке 680-го стрелкового полка, на позиции которого после 30-минутной артподготовки и ударов авиации обрушились сразу 3 немецких полка: 687-й пехотный полк 336-й ПД, 260-й и 261-й пехотные полки 113-й ПД. Уже спустя 1,5 часа спустя от начала немецкого наступления, в 5.20 правофланговый 1-й батальон 687-го ПП, прорвав оборону правофлангового 1-го батальона 680-го СП, вышел на западную опушку урочища Старое, в 7 часов, пройдя леса, вышел на западный берег Северского Донца у Старой Таволжанки, где захватил исправный мост, по нему в 8.15 переправился через Северский Донец и захватил плацдарм на восточном берегу реки.
Мост этот, как и вся Старая Таволжанка, изначально никем не оборонялись, из-за чего немцам и удалось их захватить. С утра командир 169-й дивизии приказал командиру 434-го стрелкового полка перебросить его 2-й и 3-й батальоны с участка обороны к северо-западу от Волчанска в Старую и Новую Таволжанку, однако перебрасываемый в Старую Таволжанку 2-й батальон не успел вовремя прибыть туда и занять оборону моста, из-за чего в итоге и произошел немецкий прорыв на восточный берег реки.
Правее 1-го батальона 687-го ПП, заняв восточную часть Мурома, передовые подразделения 260-го и 268-го пехотных полков 113-й ПД к 5.15 вышли в леса к юго-востоку, востоку и северо-востоку от Мурома, а с 6.00 стали просачиваться к высотам 208,1 и 210,6 в 3 км к западу от села Огурцово в расположение наблюдательных пунктов 2-го дивизиона 266-го артиллерийского полка РГК, который поддерживал 680-й стрелковый полк. В течение следующих 2 часов личный состав наблюдательных пунктов был вынужден вести бой с прорвавшимися немецкими пехотинцами, после чего отошел в район огневых позиций батарей.
Прорвав оборону 1-го и 3-го батальонов 680-го СП, немецкие полки обошли с флангов находившийся к востоку от Нехотеевки 2-й батальон 680-го СП, после чего тот, понеся большие потери, также откатился в восточном направлении в леса к западу от Старой Таволжанки. Тем временем следом за 1-м батальоном 687-го ПП в 9.30 левофланговый 261-й пехотный полк 113-й ПД вышел к Северскому Донцу у Старой Таволжанки, перешел по мосту реку и расположился на занятом 1-м батальоном 687-го ПП плацдарме на восточном берегу, после чего батальон 687-го полка двинулся дальше вперед и в 10.36 достиг железной дороги восточнее Новой Таволжанки. Тем самым немецкий батальон обошел левый фланг 2-го батальона 556-го СП в Новой Таволжанке, однако долгое время батальон 556-го полка совместно с подошедшим 3-м батальоном 434-го СП продолжал удерживаться в этом селе и одновременно удерживал переправу у станции Боткино, по которой продолжали отходить остатки 680-го стрелкового полка. К юго-востоку от Старой Таволжанки командир 169-й дивизии генерал-майор Рогачевский выдвинул на западный берег Северского Донца для обороны переправы в селе Огурцово 152-ю отдельную разведывательную роту, которая при огневой поддержке 2-го дивизиона 266-го ПАП с 10.00 вступила в бой против наступавшего на нее 260-го пехотного полка 113-й ПД. Силы были неравные, и уже к 10.30, потеснив разведчиков, 260-й полк форсировал Северский Донец по восстановленному им мосту в селе Огурцово, который был поврежден огнем немецкой артиллерии. Наступавший правее него 268-й пехотный полк мостов в своей полосе наступления не имел, однако он навел наплавной мост из надувных лодок в 2 километрах южнее Огурцово.
В целом к середине дня 10 июня сложилась следующая обстановка. 680-й стрелковый полк 169-й стрелковой дивизии в районе Мурома под напором превосходящих сил противника был уже разбит и неорганизованно отошел на восточный берег Северского Донца, а продвигавшаяся по пятам следом за ним 113-я пехотная дивизия, завершив захват Мурома, а также захватив Нехотеевку, Старую Таволжанку и Огурцово, захватила несколько плацдармов на восточном берегу Северского Донца и вместе с 1-м батальоном 687-го ПП 336-й ПД вбила клин в оборону 434-го и 556-го стрелковых полков на восточном берегу реки напротив Старой Таволжанки.
Прорвавшиеся со стороны Огурцово пехотинцы 260-го ПП обошли левый фланг 1-го батальона 434-го СП, а заодно отрезали от батальонов штаб этого полка, который располагался в роще к северу от деревни Гатище № 2. Лишившись связи со своим штабом, обойденные с флангов противником, батальоны 434-го полка с 11.00 начали отходить в северо-восточном и восточном направлениях. Отрезанный от своих батальонов, штаб 434-го полка, в конце концов, отошел в рощу к северу от Волчанска. В эту же рощу отошли остатки 680-го полка, а к 13.00 к западу от этой рощи отошли и заняли оборону остатки 1-го батальона 434-го СП. Ранее переброшенный к Новой Таволжанке 3-й батальон 434-го СП был отрезан прорвавшимся к востоку от Новой Таволжанки 1-м батальоном 687-го ПП от главных сил своего полка и отходил в северо-восточном направлении далеко в стороне от Волчанска.
Первым перешедший Северский Донец 1-й батальон 687-го ПП продолжал развивать наступление в северо-восточном направлении, постепенно обходя левый фланг и заходя в тыл 556-му стрелковому полку. Следом за 1-м батальоном к 11.30 на восточный берег перешел и двинулся за этим передовым батальоном 3-й батальон 687-го ПП. Командир 556-го СП майор Александров в 15.15 радиограммой доложил в штаб 169-й СД о появлении в 2 км южнее станции Нежеголь колонны в составе до 1000 пехотинцев и 50 мотоциклистов, которая двигалась вдоль железной дороги на север.
Занявший Архангельское 1-й батальон 685-го ПП 336-й ПД к 11.30 вышел к Северскому Донцу, где его дальнейшее продвижение вперед было остановлено огнем оборонявшихся на противоположном берегу реки в Новой Таволжанке и в лесах к северу от Новой Таволжанки 2-м и 3-м батальонами 556-го СП. Занявший Коровино 3-й батальон 685-го ПП в это время постепенно теснил 1-й и 3-й батальоны 1050-го стрелкового полка в лесах урочища Дача Коровинская. Лесной бой проходил для немцев достаточно тяжело, из-за чего вскоре в бой из 2-го эшелона был введен 686-й пехотный полк, который в 13.30 2 батальонами атаковал с запада и юго-запада оборонявший Графовку 2-й батальон 1050-го СП, а третьим батальоном атаковал из Архангельского в северном направлении против 3-го батальона 1050-го СП.
В 15.15 3-й батальон 686-го ПП прорвался в Графовку, через которую устремился дальше на север, на Волково. Оборонявший Графовку и Волково 2-й батальон 1050-го СП при появлении немцев на своем левом фланге на западной опушке урочища Дача Коровинская в 16.00 самовольно оставил позиции и откатился за Северский Донец, после чего в 17.30 3-й батальон 686-го ПП полностью занял Графовку, где и закрепился на ночь. С выходом в Графовку немцев все еще оборонявшийся в выступающей части фронта к северо-востоку от Зиборовки 1-й батальон 1050-го стрелкового полка оказался в окружении, после чего, так и не получив на то приказа, успешно пробился из окружения за Северский Донец.
В центре боевых порядков 336-й пехотной дивизии в направлении переправы через Северский Донец у Боткино был брошен 2-й батальон 687-го пехотного полка. Встретив сопротивление со стороны 2-го батальона 556-го СП из Новой Таволжанки, батальон по приказу командования 336-й ПД в 17-м часу переправился через Северский Донец в Старой Таволжанке, атаковал по восточному берегу Северского Донца на Новую Таволжанку, к 16.23 захватил исправный мост через Северский Донец у станции Боткино, а затем к 17.00 с уличными боями достиг восточной и северной окраин Новой Таволжанки. В 18.05 к северу от Новой Таволжанки 2-м батальоном 687-го ПП была отражена первая контратака советской пехоты, поддержанная танками, при этом переброшенные через Северский Донец немецкие противотанковые орудия подбили 1 танк 58-й танковой бригады. Отбив эту контратаку, немецкий батальон продвинулся дальше вдоль железной дороги и к 19.00 занял станцию Нежеголь, тем самым зайдя в тыл 2-го батальона 556-го СП в Новой Таволжанке 2 других батальона 687-го ПП к этому времени вышли к северо-западу от совхоза Плетеневка, где и закрепились. Понеся большие потери в бою за переправу у Боткино, оборонявшийся здесь 2-й батальон 556-го СП новой угрозы – теперь уже с тыла, не выдержал. Полностью оставив Новую Таволжанку, советский батальон отступил на север и в 20.00 закрепился лесах к юго-востоку от Титовки. Оборонявшийся в районе Титовки 3-й батальон 556-го СП также был вынужден вступить в бой, контратаковав в направлении станции Нежеголь, но успеха в продвижении не имел и перешел к обороне к юго-востоку от Титовки.
К вечеру из числа подразделений 169-й и 301-й стрелковых дивизий на западном берегу Северского Донца оставался только 3-й батальон 1050-го СП, который продолжал держаться в лесах урочища Дача Коровинская. Для восстановления прежнего положения 1050-го полка в 16.00 в распоряжение его командира подполковника Максима Комарова в урочище Дача Коровинская из-за Северского Донца из 2-го эшелона 301-й дивизии прибыл 2-й батальон 1052-го стрелкового полка, который затем провел несколько контратак в направлении Коровино и Архангельского, однако ситуации в целом они не изменили. Видя свое положение на западном берегу Северского Донца бесперспективным, оба советских батальона в 22.30 оставили урочище Дача Коровинская, отошли за Северский Донец и закрепились в лесах южнее Титовки, тем самым усилив оборону 556-го стрелкового полка. Высвободившийся на западном берегу реки 685-й пехотный полк в 22.10 приступил к переправе через Северский Донец по захваченным мостам в районе Боткино.
Справа от 336-й пехотной дивизии захватившие на восточном берегу Северского Донца плацдармы 260-й и 268-й пехотные полки 113-й ПД, подтянув полевую и противотанковую артиллерию, с 18.00 возобновили наступление. Противостоявшие им остатки 434-го СП 169-й СД, понеся большие потери, потеряв управление, с боем отошли на северную и западную окраины Волчанска, а часть бойцов и командиров ушла дальше в восточном и юго-восточном направлениях. К 21.00 остатки полка, откатившись примерно на 8 километров в восточном направлении, заняли оборону в 500 метрах западнее Волчанских Хуторов. Потерявший боеспособность еще в утренних боях 680-й стрелковый полк отдельными группами, собирая в пути другие разрозненные группы своих подразделений, продолжал отходить еще дальше в тыл – в район Ефремовки (ныне с. Охримовка), что в 11 км от Волчанских Хуторов.
Уже почти не встречая перед собой советские войска, правофланговый 268-й пехотный полк 113-й ПД до позднего вечера занял поселок Заводы 1-е и вышел к линии железной дороги. Левее него 260-й и 261-й пехотные полки, обойдя Волчанск с севера, вышли на северную окраину города, где временно закрепились.
В целом же в 1-й день немецкого наступления 10 июня 1050-й стрелковый полк 301-й СД и 169-я стрелковая дивизия потерпели тяжелое поражение, полностью оставили свой плацдарм на западном берегу Северского Донца, населенные пункты Архангельское, Волково, Гатище № 1, Гатище № 2, Графовка, Заводы 1-е, Коровино, Муром, Нехотеевка, Новая Таволжанка, Огурцово, Старая Таволжанка, совхоз Плетеневка, 434-й и 680-й стрелковые полки были почти полностью разгромлены, а боевые порядки 169-й дивизии рассечены надвое. 1050-й стрелковый полк потерял 183 человека личного состава (37 – убитыми, 146 – ранеными), а в ОБД «Мемориал» есть имена на 74 убитых, 159 пропавших без вести и 31 пленного военнослужащих 169-й СД, которые выбыли из строя 10 июня.
За день 10 июня 336-я пехотная дивизия смогла продвинуться в восточном направлении на глубину до 13 километров, при этом она потеряла только 250 человек личного состава (50 – убитыми, 200 – ранеными), а 113-я пехотная дивизия смогла продвинуться на глубину до 19 километров, захватила около 224 пленных, 1 76-мм орудие, при этом она потеряла лишь 112 человек личного состава (12 – убитыми, 1 – пропавшим без вести, 99 – ранеными). За отсутствием вблизи Волчанска каких-либо советских резервов взятие Волчанска немцами было лишь делом времени.