兵力の大幅な優勢にもかかわらず、攻撃は簡単ではなかった。ドイツ軍の反撃は猛烈であり、あらゆる町、都市で激戦となった。ドイツ軍は後衛を広範囲に利用、各都市、丘ごとに部隊を配置、ソビエト赤軍の攻撃に対し、遅滞戦術を取った。
ドニエプル防衛複合陣地（「東の壁（Eastern Wall）」として知られている）を形成せよという命令が1938年8月11日に出され、建設がすぐに開始された。防衛線はドニエプル川沿いに構築されたが、猶予が少なかったため、全体に構築する望みはなく、「東の壁」は密度、深さにおいて防衛力が均一ではなかった。そのため、防衛はソビエト赤軍が攻撃を仕掛けそうだった地域（たとえば、クレメンチューク、ザポリージャ、ニコポル）に集中していた。その上、1943年9月7日、武装親衛隊とドイツ国防軍はソビエト赤軍の進撃を鈍らせるため、退却しなければならなくなった地域において焦土作戦を実行、ありとあらゆるものを空にしてソビエト赤軍の補給体制を悪化させるよう命令された。
クルスクの戦いの後、ドイツ国防軍最高司令部は東部戦線において赤軍に対してすでに大規模な攻撃を行うことはもはやできなかった。クルスク後の長い退却の間、ドイツ軍とそれを支援するドイツ空軍はドニエプル川を渡り西へ移動、ボータン線に沿って防衛を固めた。ソビエト赤軍による連戦と空からの襲撃の中、小さないかだやボートで何千ものドイツ軍将兵がドニエプル川を横断することになった。ドイツ軍は多大な将兵と軍需物資を失い、経験豊富な部隊の多くがその戦力を減じることとなった。これらのことはドイツ軍がソビエト赤軍に対して防衛を継続しなければならないことを意味していた。時折、ドイツ軍の戦術的反撃はかなりの成功を収めていたものの、これらはクルスクにおける戦略的主導権を取り戻すことにはならなかった。ドイツ軍の将兵、軍需品、後方支援が弱体化する間、ソビエト赤軍は着実に強化されており、このため、ソビエト赤軍が大きく数の優勢を形成することとなった。8月中旬までにドイツ総統アドルフ・ヒトラーはソビエト赤軍の攻撃を抑えることができないと判断、一連の防衛陣地を建設し、ソビエト赤軍の攻撃を抑えるよう命令、さらにドイツ軍がドニエプル川のヴォータン線を厳守するよう要求した。一方、ソ連側ではヨシフ・スターリンがこれまでに占領された領域の回復を続行することを決意しており、翌年始めに開始した。ウクライナの工業地帯は人口稠密地帯であり、さらに炭鉱、他の鉱山は貴重な資源をソ連に供給することから最優先とされた。攻撃の主軸は、戦線の大部分が安定していた北側面、及びアゾフ海に沿った南側面を中心としており、南東で行われることになった。
洪水調節については北上川上流改修計画に従いダム地点における計画高水流量を毎秒900立方メートルに定め、ダムで毎秒220立方メートルを調節し下流の流量を毎秒680立方メートルに抑制する計画であった。だが1947年9月のカスリーン台風、および1948年9月のアイオン台風という二つの台風が二年連続で北上川流域を襲い、流域は大きな被害を受けた。特にアイオン台風については一関市川賀慶地点の水位が24.35メートルにまで達し、流域全体で死者・行方不明者709人、被害家屋3万3646戸を記録し被害総額は当時の額で約127億5000万円に上る壊滅的被害となった。カスリーン・アイオン両台風を始め当時の日本は連年台風や集中豪雨による水害が頻発し、被害額の増大が戦災から復興するための大きな阻害要因となった。内閣経済安定本部は建設省に対し日本の主要10水系を対象に新しい治水計画を検討するように指示、これに伴い北上川は主要10水系の一つに選ばれ新たな治水計画の作成を行うことになった。1949年に成立した北上川上流改訂改修計画がこれに当たり、従来の北上川上流改修計画で定めたピーク時の基本高水流量を改定したものであるが、カスリーン台風時の洪水を基準に毎秒9,000立方メートルに改め北上川五大ダムで毎秒2,000立方メートルを調節、舞川洪水調節池（後の一関遊水地）で毎秒700立方メートルを調節することで、調節後の流量を狐禅寺狭窄部の流下能力である毎秒6,300立方メートルに抑制する方針とした。この改訂改修計画に基づき石淵ダムの洪水調節計画も改訂されることになり、計画高水流量を当初計画に比べ毎秒300立方メートル増やして毎秒1,200立方メートルとし、調節量を毎秒300立方メートルに増加させることで下流への洪水流量を毎秒900立方メートルに抑制する計画になった。石淵ダムは以降五大ダムの一角として胆沢川のみならず北上川治水に重要な役割を担っている。1959年（昭和34年）の伊勢湾台風において初めて本格的に実施されたダムの洪水調節であるが、ダム湖に流入した洪水で過去最大の流量を記録したのは1988年（昭和63年）8月29日に記録した前線と低気圧に伴う大雨による洪水であり、ダム地点では毎秒1,077.9立方メートルという計画高水流量に近い流量となった。この時ダムは毎秒675立方メートルと計画調節量の倍に当たる洪水調節を行い、下流の洪水被害を軽減している。石淵ダムには放流を行うための洪水吐きに6門のゲートが備え付けられている。中央には通常の放流に使用する常用洪水吐きゲート（オリフィスゲート）が2門、その両脇には計画を上回る洪水時に使用される非常用洪水吐きゲート（クレストゲート）が左右各2門設置され、6門のゲートが横一列に並んでいる。ダム左岸には取水塔があるが右岸にも取水塔に似た建物がある。これはダム建設時および完成後に排水を行うための排水塔であるが、完成後使用されることはほとんどなく廃墟に近いたたずまいを見せている。