W czasie operacji okrążono prawie cały Front Południowo-Zachodni Armii Czerwonej i według niemieckich danych wzięto do niewoli 665 tys. żołnierzy oraz zniszczono lub zdobyto 884 czołgi oraz 2718 dział. Pomimo tego okrążenie Kijowa nie zostało całkowicie zamknięte, dzięki czemu małe grupy żołnierzy Armii Czerwonej zdołały wymknąć się z okrążenia, w tym dowódca Kierunku Południowo-Zachodniego marsz. Siemion Budionny, marsz. Siemion Timoszenko i komisarz polityczny Nikita Chruszczow. Dowódca Frontu Południowo-Zachodniego gen. Michaił Kirponos został złapany w pułapkę za linią wroga i zginął podczas próby przebicia się.
Klęska pod Kijowem była, na skalę nienotowaną do tej pory, katastrofą Armii Czerwonej, która sama w sobie przekraczała nawet klęskę pod Mińskiem pomiędzy czerwcem a lipcem 1941 roku. W liczbach całkowitych Front Południowo-Zachodni odniósł następujące straty: 700 544 żołnierzy, w tym 616 304 zabitych, pojmanych lub zaginionych w akcji. Skutkiem tego pięć radzieckich armii (5, 37, 26, 21 i 38) składających się z 43 dywizji właściwie przestało istnieć. 40 Armia została również poważnie przetrzebiona.