Во второй эшелон армии был выделен 2-й механизированный корпус с зенитным артиллерийским полком и 136-м понтонным батальоном. Ему приказывалось к исходу дня 19 июля выйти в район Домнино, Верхние Ожимки, Неплюево, обеспечивая армию от ударов противника с юга. Передовой отряд корпуса должен был захватить и удерживать Новопетровку. В резерве командарма находилась 91-я отдельная танковая бригада.

Ввод первого эшелона 3-й гвардейской танковой армии был осуществлен в 10 часов 40 минут 19 июля при поддержке основных сил 15-й воздушной армии. К исходу дня соединения 3-й гвардейской танковой армии совместно с частями 25-го стрелкового корпуса и 308-й стрелковой дивизией углубились в оборону противника на 8—12 км. В ходе боевых действий армия понесла большие потери. Так, в 15-м танковом корпусе из 202 танков осталось всего 74 боевые машины.

В два часа ночи 20 июля Ставка ВГК своей директивой № 30152 приказала армии с утра нанести удар в направлении Протасово, Отрада, к исходу дня перерезать шоссейную и железную дороги Мценск – Орел и, развивая наступление на Мценск с юга, совместно с 3-й армией Брянского фронта завершить 21 июля уничтожение мценской группировки противника и освободить г. Мценск. После выполнения этой задачи армия должна была повернуть на юг с целью перерезать железную дорогу Моховое – Орел и оказать содействие 63-й армии в выходе на р. Ока. В дальнейшем 3-й гвардейской танковой армии предстояло перерезать железную дорогу Орел – Курск и при благоприятных условиях овладеть Орлом. В случае если овладение городом не будет соответствовать обстановке, армия должна была двигаться дальше на запад в направлении на Кромы[477].

С целью выполнения поставленной задачи генерал П.С. Рыбалко решил ввести в сражение второй эшелон – 2-й механизированный корпус, а затем перегруппировать основные силы армии. 2-му механизированному корпусу предстояло наступать с рубежа Калмыково, Большое Очкасово в направлении Богородицкое, Отрада, Новая Слободка с задачей к исходу дня 20 июля овладеть районом Жуково, Новая Слободка, Отрада. 15-му танковому корпусу предписывалось выйти из боя, с рубежа Алешня, Зыбино нанести удар в направлении Новокаменка, Высокое, к исходу дня 20 июля выйти на рубеж Ивановское, Новая Слободка и захватить переправы через Оку на участке Новая Слободка, Ивановское, Оптуха. 12-му танковому корпусу предписывалось, двигаясь за 15-м танковым корпусом, к исходу дня сосредоточиться в районе Протасово, а в дальнейшем наступать на Мценск.

В 9 часов утра 20 июля части 2-го механизированного и 15-го танкового корпусов перешли в наступление. Они, преодолевая упорное сопротивления противника, вынудили его начать отход из Мценска. К восьми часам вечера подразделения 43-й механизированной и 33-й танковой бригад 2-го механизированного корпуса оседлали шоссе Мценск – Орел, по которому сплошной вереницей передвигались машины, артиллерия, обозы. Части 15-го танкового корпуса, продвигаясь медленнее 2-го механизированного корпуса, сумели лишь к рассвету 21 июля перехватить шоссе и железную дорогу Мценск – Орел, а передовой отряд 52-й мотострелковой бригады форсировал Оку в районе Новой Слободки. 12-й танковый корпус вышел в район Доброводский, Грачики, Протасово, где занял круговую оборону. В результате 3-я гвардейская танковая армия обеспечила успешные действия войск Брянского фронта по разгрому мценской группировки противника и овладению 20 июля соединениями 3-й армии Мценском.

В 3 часа ночи 21 июля командующий Брянским фронтом генерал-полковник М.М. Попов поставил перед 3-й гвардейской танковой армией новую задачу: «Сделать резкий поворот в юго-западном направлении и, наступая на Сухарево, Золотарево, Становой Колодезь, овладеть районом Большая и Малая Куликовка, Ивановка, Хотетово, Становой Колодезь. В дальнейшем иметь в виду действия или в северо-западном направлении на Нарышкино, или в юго-западном направлении на Кромы»[478].

Генерал Рыбалко принял решение развернуть на новое направление наступления 12-й танковый корпус и свой резерв – 91-ю отдельную танковую бригаду. Частям 12-го танкового корпуса было приказано к утру 22 июля развернуться на рубеже Становое, Сухарево и наступать в направлении Гремячий, станция Становой Колодезь. 91-й отдельной танковой бригаде предстояло к исходу дня 22 июля занять район Становой Колодезь. 15-му танковому корпусу предписывалось передать занимаемые участки частям 63-й армии и сосредоточиться в районе Ермолаево для дальнейшего наступления на Малую Куликовку, Становой Колодезь. Во второй эшелон 3-й гвардейской танковой армии выводился 2-й механизированный корпус.

В 7 часов утра 21 июля 12-й танковый корпус и 91-я отдельная танковая бригада перешли в наступление. В четыре часа дня части 12-го танкового корпуса с боями вышли к р. Оптушка, где были встречены организованным артиллерийским и минометным огнем противника. Преодолев его сопротивление, 12-й танковый корпус захватил две переправы в районе Золотарева. 91-я отдельная танковая бригада, пройдя с боями около 10 км, подошла к Собакино, встретив здесь сильное огневое противодействие врага. Только к полудню 22 июля она сломила сопротивление противника и овладела переправой через Оку. В связи с запаздыванием выхода стрелковых частей 63-й армии на рубеж р. Ока передача им занимаемых 15-м танковым и 2-м механизированным корпусами участков задерживалась. Соединения 15-го танкового корпуса вынуждены были отразить несколько контратак противника и в половине шестого вечера 22 июля вступили в бой с противником на западном берегу р. Оптушка. Для наращивания силы удара в сражение был введен 2-й механизированный корпус. Его 18-я механизированная бригада сумела форсировать р. Оптушка.

23 июля войска 3-й гвардейской танковой армии прорвали оборонительную позицию противника на р. Оптушка и начали его преследование. Однако из-за сильного сопротивления врага и недостатка артиллерии они в течение трех дней сумели продвинуться всего от 5 до 15 км, не выполнив поставленную задачу. Это вынудило командующего Брянским фронтом в ночь на 24 июля перегруппировать армию к югу. Она должна была силами 12-го танкового корпуса наступать в направлении на Хотетово, Становой Колодезь, к исходу дня 25 июля овладеть рубежом Хотетово, Становой Колодезь, Михайловка, Пилатовка, а передовым отрядом захватить аэродром в районе Грачевка. 2-й механизированный корпус должен был наступать в направлении Еропкино, Хотетово, Становой Колодезь и к исходу дня 25 июля занять рубеж на р. Стишь. Во второй эшелон армии был выделен 15-й танковый корпус.

В два часа дня 25 июля соединения 3-й гвардейской танковой армии возобновили наступление. Из-за того что стрелковые соединения 63-й армии не сумели прорвать оборону противника, частям 12-го танкового и 2-го механизированного корпусов пришлось принимать участие в ее преодолении. К исходу дня 26 июля они вышли на рубеж Дурново, Долгое, Еропкино, Хотетово. Это позволило активизировать действия войск 3-й и 63-й армий, которые вышли к рекам Ока и Оптуха, где находился передний край тыловой полосы обороны противника, прикрывавшей подступы к Орлу с востока.