Во второй половине дня к Острогу подошел 15-й танковый полк 11-й танковой дивизии немцев, и баланс сил сразу качнулся в сторону противника. Полковник Сидоренко подчинил себе часть разведывательного батальона 13-й танковой дивизии в составе танковой роты из 17 танков БТ, роты бронеавтомобилей (15 бронемашин), автороты, мотоциклетного взвода и бросил на помощь 381-му мотострелковому полку. Однако он не смог повлиять на исход боя. Немцы выдавили находившиеся в городе советские части, вынудив их отступить за реку Вилию под артиллерийским и пулеметным огнем. В городе остались окруженными 173-й отдельный разведывательный батальон дивизии и один батальон 381-й мотострелкового полка.
К ночи все, кто сумел переправиться через Вилию, сосредоточились в лесу восточнее Вильбовного. К вечеру к Острогу подошел 404-й артиллерийский полк 109-й моторизованной дивизии, поддержки которого так не хватало в дневном бою.
«В течение трех дней 11-я танковая дивизия и с ней 15-й танковый полк оставались в Остроге. В ста километрах от собственного корпусного фронта и полностью предоставленные сами себе, они должны были справляться с возникающими здесь напастями, среди которых самое неприятное — нехватка боеприпасов. Снабжение по воздуху эскадрильей бомбардировщиков Не-111 оказывало помощь лишь на короткий период, чего было недостаточно. За это время удалось отражать непрекращающиеся вражеские атаки на предмостном укреплении в Остроге, которое находилось под угрозой из-за растущих трудностей в снабжении. В то время как 11-я танковая дивизия, как уже было сказано, сражается на передовой за предмостное укрепление в Остроге, немецкие воинские части ведут бои с сильными моторизованными войсками врага, оснащенными танками в месте Дубно».
Общая оценка обстановки командованием дивизии была однозначной:
«До окончательного улаживания положения на тыловых линиях о дальнейшем продвижении 11-й танковой дивизии не могло быть и речи».
Трудности в снабжении для 11-й танковой дивизии были связаны с непрекращающимися атаками со стороны группы М.Ф. Лукина, вызывавшими повышенный расход боеприпасов. В течение ночи с 27 на 28 июня по приказу полковника Сидоренко части и подразделения 109-й моторизованной дивизии произвели перегруппировку сил для нового наступления. Но оно не завершилось успехом. Немцы дали возможность 602-му полку переправиться через Вилию и подойти вплотную к окраинам города, после чего открыли артиллерийский и пулеметный огонь, применили танки. Наступление 381-го полка также было приостановлено. Чтобы обеспечить его продвижение, в бой вступил 404-й артиллерийский полк. Артиллеристам удалось подавить многие батареи и пулеметные точки противника, что помогло 381-му полку ворваться в Острог и начать продвижение к центру. До самого вечера полк вел бой за город с переменным успехом. Лишь с наступлением темноты 381-й мотострелковый полк был вынужден отойти на исходные позиции, на восточный берег Вилии. В официальной истории 11-й танковой дивизии эти события отражены следующей фразой:
«Используя имеющиеся силы, все же удалось отразить атаку русских на окраине города».
Помимо группы М.Ф. Лукина, против прорвавшейся на Острог 11-й танковой дивизии Людвига Крювеля была брошена авиация. В донесении штаба ВВС Юго-Западного фронта говорилось:
«В течение всего дня 28.6.41, ВВС ЮЗФ главным образом действовали по механизированным частям противника, сосредоточенным в районе Острог, Мизочь, Варковичи. Несмотря на то что в этом районе находились крупные мото-мехчасти противника, они были настолько искусно замаскированы, что для того, чтобы их вскрыть, летному составу пришлось летать на бреющем полете. Всего произведено в этот район более 400 самолето-вылетов. Потери: 5 самолетов в воздушном бою. Авиация противника в течение всего дня в указанном районе действовала неинтенсивно. Ввиду того что мехчасти противника были сосредоточены на небольшом участке, они понесли большие потери».
400 самолето-вылетов по довольно ограниченному пространству на линии Острог — Мизочь — Варковичи (всего около 40 км) произвели на личный состав 11-й танковой дивизии неизгладимое впечатление:
«Начавшийся среди ночи дождь давал надежду на то, что на сегодняшний день ожидается уменьшение воздушной деятельности русских. Не тут-то было. На рассвете дождь закончился, и сразу же появились советские самолеты, которые непрерывно атаковали части 11-й танковой дивизии, державшей в течение всего дня путь на Острог. Чтобы избежать длительного обстрела с воздуха, танковые экипажи пытались защитить себя таким образом: рыли канавы, по которым потом проезжали их хорошо закамуфлированные танки. Неоспоримо было то, что советский противник, по меньшей мере здесь, имел абсолютное господство в воздухе».
Фраза про абсолютное господство в воздухе, может быть, и преувеличение, но сил для прикрытия своих войск у немцев явно не хватало. В составе 3-й истребительной эскадры JG3 на 28 июня было всего около 70 боеготовых истребителей. Кроме того, истребители JG3, за исключением II группы, не успели сменить аэродромы базирования. Они по-прежнему летали на прикрытие войск из Польши, а Острог лежал в глубине советской территории.
Вечером 28 июня линия фронта начала выстраиваться вровень достигнутому 11-й танковой дивизией рубежу реки Горынь. Соединения 19-го механизированного корпуса были вынуждены оставить Ровно и начать отвод своих войск на рубеж этой реки. К утру 29 июня они заняли оборону на Горыни севернее ведущих бой за Острог соединений группы Лукина. 40-я танковая дивизия расположилась на участке Тучин — Гоща, а 43-я танковая дивизия — Гоща — Вильбовно. Фактически весь 19-й механизированный корпус выстроился в линию на реке Горынь от шоссе на Киев и до Острога. 213-я моторизованная дивизия корпуса входила в группу Лукина и вела бой южнее Острога.