Еще одной причиной неудачи стало вмешательство И. В. Сталина, который в разгар сражения, 22 октября, потребовал развивать наступление по расходящимся направлениям: одновременно нанести удар на Кировоград. Это ослабило силу советского наступления на Кривой Рог.
Конев предпринял попытку обойти Кривой Рог с северо-запада, и этот план частично удался – группировка противника была глубоко охвачена. Однако и там Манштейн ввел в бой две новые танковые дивизии и перебросил с других участков еще две дивизии, успев воспользоваться задержкой советских войск в Кривом Роге. Эта группировка при массированной поддержке авиации с утра 28 октября перешла в наступление. Северо-западнее Кривого Рога в долине реки Ингулец развернулось крупное сражение. Немцам удалось оттеснить войска 37-й и 7-й гвардейской армий на 15–20 км, но большего они добиться не смогли. Только за первые два дня боя было подбито 150 немецких танков. Большие потери понесли и советские войска. Также немецкие войска смогли остановить советский натиск на Кировоград.
В дальнейшем советские войска вели успешные бои по расширению достигнутого прорыва, но повторная попытка овладеть Кривым Рогом не удалась. Здесь завязались затяжные, но почти безуспешные тяжелые бои. В этой ситуации Конев обратился к Сталину с просьбой об окончании операции для подтягивания тылов и переформирования войск, мотивируя это тем, что в условиях начавшейся распутицы в дополнение к этим факторам практически срывается и снабжение армий горючим, боеприпасами, продовольствием. При этом Конев предложил для улучшения положения фронта перенести главный удар на другое направление и подготовить Знаменскую операцию. Сталин согласился, и 23 ноября войска 2-го Украинского фронта перешли к обороне.
В целом, несмотря на неудачу под Кривым Рогом, Пятихатская операция является успешной. Войска фронта продвинулись почти на 100 км и вышли на подступы к Кривому Рогу и Кировограду, глубоко вклинившись во фронт группы армий «Юг». При этом днепропетровская группировка противника оказалась охвачена с севера, а кировоградская – с юга, что обусловило поражение этих обеих группировок в Днепропетровской и в Кировоградской операциях соответственно. Советский плацдарм на Нижнем Днепре стал стратегическим, что сделало освобождение всего юга Правобережной Украины вопросом ближайшего времени.
Началась Днепропетровская наступательная операция (до 23 декабря) войск 3-го Украинского фронта, составная часть Нижнеднепровской стратегической операции – второго этапа битвы за Днепр. Поскольку в это время немецкие войска напрягали все силы для удержания Кривого Рога, удар 3-го Украинского фронта оказался неожиданным. И к 25 октября наши части стремительными ударами освободили крупные промышленные центры Днепропетровск и Днепродзержинск. Выполнив план первого этапа, советские войска начали наступление против криворожской и никопольской группировок врага соответственно на юго-запад и на юг.
Отчетливо понимая возникшую угрозу, немецкое командование спешно перебросило на этот участок 3 танковые, 1 моторизованную и 1 пехотную дивизии и сильными контрударами сковало наступавшие войска. Немцам удалось навязать встречное сражение и в ходе его остановить советское наступление в упорных кровопролитных боях.
Перегруппировав силы, Р. Я. Малиновский 14 ноября повторно перешел в наступление, но добиться решительного перелома уже не смог: за две недели упорных боев его армии смогли продвинуться только на 20 км. Затем на достигнутых рубежах почти месяц продолжались упорные сражения. Ни одна из сторон не смогла добиться успеха. 23 декабря наступление было прекращено на тех же рубежах.