Накануне 24 августа в Ставке при обсуждении вопроса о ликвидации опасности, нависшей с севера над Юго-западным фронтом, пришли к заключению о целесообразности объединить усилия войск, действовавших против 2-й танковой группы и 2-й немецкой армии, наступавших с севера на конотопском и гомельском направлениях, расформировав Центральный фронт, передав его войска Брянскому фронту и возложив на А.И. Еременко ответственность за ликвидацию опасной группировки врага. Причем, прежде чем окончательно принять это решение, Сталин запросил мнение Еременко.

В телефонном разговоре Еременко заверил Верховного главнокомандующего: «…в связи с тем, что я хочу разбить Гудериана и, безусловно, разобью, то направление с юга нужно крепко обеспечивать. А это значит — прочно взаимодействовать с ударной группой, которая будет действовать из района Брянска. Поэтому прошу 21-ю армию, соединенную с 3-й, подчинить мне… Я очень благодарен Вам, товарищ Сталин, за то что Вы укрепляете меня танками и самолетами. Прошу только ускорить их отправку, они нам очень и очень нужны. А насчет этого подлеца Гудериана, безусловно, постараемся разбить, задачу, поставленную Вами, выполнить, то есть разбить его».

После окончания этих переговоров в ночь на 25 августа Ставка издала директиву, в соответствии с которой Центральной фронт с 26 августа ликвидировался, а его войска передавались Брянскому фронту. Но планомерную подготовку и перегруппировку войск фронтов к предстоящим боям произвести не успели. Они были сорваны активными действиями немецких армий. 25 августа немецкая 2-я полевая армия из района Почеп начала наступление в направлении на Чернигов — Нежин и Конотоп — Прилуки…

В полосе обороны Брянского фронта 28 августа немцы силами 17-й и 18-й танковых дивизий вместе с 29-й мотодивизией 47-го танкового корпуса (генерал Лемельзен) начали наступление из Рославля на Трубчевск и южнее, нанося главными силами удар на Почеп, Семцы, Мосточную и, охватывая южный фланг фронта у Погар, Трубчевска, вспомогательный удар наносился из района Витемля в направлении станции Знобь. В это же время 24-й танковый корпус (генерал Г. фон Швеппенбург) силами 3, 4-й танковых дивизий и 10-й мотодивизии, прорвав оборону советских войск на стыке 13-й и 21-й армий, развивал наступление в общем направлении на Новгород-Северский, Ворожбу. К этому времени (вопреки просьбе командующего 13-й армией отвести войска на восточный берег реки Десны для создания линии обороны и подготовки более мощного наступления) соединения 3-й и 13-й армий, ведущие наступление на стародубском направлении -269, 282, 155, 307-я стрелковые дивизии, — вступили во встречное сражение с частями 47-го танкового корпуса противника на рубеже р. Судость и, не выдержав удара врага, понесли значительные потери и начали беспорядочный отход за р. Десну. С целью восстановления положения и уничтожения продвигающегося на юг 47-го танкового корпуса противника 29 августа на правый фланг 13-й армии была выдвинута оперативная группа генерал-майора А.Н. Ермакова (108-я тд и 141-я тбр). В сложившейся обстановке Ставка еще 27 августа дала указание командующему ВВС РККА генералу П.Ф. Жигареву подготовить и в период 29.08–04.09.41 провести воздушную операцию с целью разгрома танковых дивизий Гудериана в районе Почеп-Стародуб, Новгород-Северский — Шостка. Одновременно с этим командующему Брянским фронтом генералу Еременко приказывалось максимально использовать авиационный удар, перейти в наступление, уничтожить группу Гудериана и, развивая в дальнейшем наступление на Кри-чев, Пропойск, к 15 сентября выйти на рубеж Петровичи — Климовичи-Новозыбков — Щорс. Это означало бы крах правого фланга немецкой группы армий «Центр». К воздушной операции привлекались авиасилы Брянского (11-я, 60-я, 61-я сад и 24-й сбап) и Резервного фронтов (10-я, 12-я и 38 сад), а также 1-я РАГ и часть сил ДБА (42-я и 52-я ад) Резерва Ставки Г.К. Всего 464 боевых самолета.

Советское командование против танков Гудериана выставило 61 боеготовый штурмовик Ил-2 и более 300 самолетов других типов. Руководство операцией возлагалось на Военный совет и штаб ВВС РККА. За ход операции перед Ставкой лично отвечали заместитель командующего ВВС Красной Армии генерал-майор авиации И.Ф. Петров и член Военного совета ВВС Красной Армии корпусной' комиссар П.С. Степанов. «Чтобы не дать противнику передышки и вообще опомниться, надо бить колонны противника непрерывно, волна за волной, весь день с утра до темноты», — требовала Ставка от командующих ВВС фронтов и оперативной группы штаба ВВС во главе с генералом Петровым.

В ночь с 29 на 30 августа 23 ночных экипажа тяжелых бомбардировщиков ТБ-3 бомбили немецкие танки и войска в местах их скопления. С рассветом 30 августа в период 7.00–13.00 действовало в общей сложности 320 самолетов. В 14.00 был нанесен удар второй волной из 70 самолетов, в 16.00 — третьей волной в 140 самолетов и в 18.00 — четвертой волной из 120 самолетов. В промежутках между волнами по противнику «работали» специально выделенные экипажи штурмовиков Ил-2. Только с 30 по 31 августа ВВС фронта и резервная авиационная группа Н.К. Трифонова (по докладу начальника штаба Брянского фронта генерал-майора Г.Ф. Захарова в Генеральный штаб Василевскому) «совершили 1500 самолето-вылетов, сбросив 4500 авиационных бомб на войска противника. В результате чего уничтожено около 200 танков, 900 автомашин, 180–200 повозок, 20 бронемашин, 1 склад горючего. Замечено 40 пожаров в колоннах противника, сбито и уничтожено 55 самолетов противника. Наши потери — 42 самолета». 31 августа началось танковое сражение в 20 км к западу от Трубчевска, где со стороны немцев, по данным штаба Брянского фронта, действовало до 300 танков. Оно продолжалось несколько дней. В ходе сражения 108-я та (полковник С.И. Иванов) около пяти суток вела ожесточенные бои. В целом, в ходе танкового сражения у Трубчевска, по оценке командования Брянского фронта, противник понес потери: не менее 4000 человек, 110–115 танков и 45 орудий, до 140 различных машин. Наши потери составили: по 108-й тд — убитых и раненых 500 человек, потеряно 53 танка; по 141-й танковой бригаде — убитых и раненых 80 человек, потеряно 24 танка. И все же, несмотря на «победные» реляции штаба Брянского фронта и опергруппы штаба ВВС Красной Армии, немецкие танковые и моторизованные части продолжали наступление и, форсировав р. Десну, 1 сентября вышли в район Новгород-Северский — Собычь — Шостка. Войска Брянского фронта, которые имели достаточно сил — 36 стрелковых дивизий, две танковые дивизии, корпус ВДВ, танковые бригады, 15 артиллерийских полков при поддержке авиации (до 420 боевых самолетов), — могли бы более полно использовать свои силы. Как следствие, Верховный главнокомандующий И.В. Сталин через Генеральный штаб 2 сентября передал командующему Брянским фронтом Еременко гневное указание: «Ставка все же недовольна вашей работой. Несмотря на работу авиации и наземных частей, Почеп и Стародуб остаются в руках противника. Это значит, что противника чуть-чуть пощипали, но с места сдвинуть его не сумели. Ставка требует, чтобы наземные войска вышибли противника из района Стародуб, Почеп и разгромили его по-настоящему. Пока это не сделано, все разговоры о выполнении задания остаются пустыми словами. Ставка приказывает: Петрову оставаться на месте и всеми соединенными силами авиации способствовать решительным успехам наземных войск. Пока это не сделано, все ваши заверения об успехах не имеют никакой цены. Ждем ваших сообщений о разгроме группы Гудериана».