31 октября противник предпринял атаку силами до 100 танков при поддержке одного полка мотопехоты на узком пространстве вдоль Орловского шоссе. Немцы в течение дня предприняли восемь атак, которые были отбыты. Опять в этот день отличились бойцы полка НКВД, солдаты 154-й дивизии, артиллеристы и танкисты. Вечером в Тулу прибыл 34-й гвардейский минометный дивизион так называемых «катюш». Он сделал залп по скоплению вражеских танков и пехоты. В результате в течение второго дня боев за Тулу Гудериан потерял 34 танка и до батальона мотопехоты. 1 ноября Гудериан попытался еще раз прорваться в Тулу с юга, но, потеряв еще до 15 танков и 2 роты пехоты, вынужден был оставить попытки взять город с ходу. Последняя попытка была предпринята в ночь на 2 ноября на позиции полка НКВД, но и она провалилась. После этого Гудериан оставил попытки взять город только с юга и предпринимал обходные маневры и удары то с запада, то с востока, то с северо-востока.
Таким образом, в результате боев на южной окраине Тулы с 30 октября по 1 ноября 1941 г. Гудериан потерял до 80 танков и до полка пехоты. Наши потери среди бойцов 50-й армии и гарнизона Тулы были тоже велики. Так, 154-я дивизия только 31 октября потеряла 40 человек убитыми и ранеными. Стойко оборонявшийся 156-й полк НКВД потерял за три дня боев 100 человек убитыми, 160 ранеными и 60 человек без вести пропавшими. Но самые большие потери понес Тульский рабочий полк. Фактически полк был уничтожен, на 4 ноября в строю оставалось только 80 бойцов. Но был сохранен командный состав полка. Пополненный людьми, Тульский рабочий полк вновь стал боевой единицей только к концу декабря 1941 года. Комиссаром полка, вместо погибшего Агеева, был назначен Иван Яковлевич Богомолов. Вместо А.П. Горшкова командиром полка был назначен подполковник Баранов.
О потерях полка при обороне Тулы говорят такие факты. На самом большом воинском захоронении Тулы, на Всехсвятском кладбище, есть три братские могилы: 1) захоронение воинов, погибших при обороне Тулы; 2) захоронение офицеров, погибших в боях при обороне Тулы и скончавшихся от ран в госпиталях Тулы; 3) захоронение воинов, погибших при обороне Тулы в составе Тульского рабочего полка. В общей сложности здесь покоиться 4343 человека, из них 603 человека рядовых Тульского рабочего полка.