15 августа командующий Западным фронтом отдал приказ продолжать Духовщинскую операцию. Наносившая главный удар армия генерала И. С. Конева наконец-то получила подкрепление: 101-ю танковую и 64-ю стрелковую дивизии, 43-ю смешанную авиационную дивизию, а также 2 пушечных артиллерийских полка, 3 артиллерийских дивизиона и 2 батареи реактивной артиллерии. В ходе подготовки к главному наступлению особое внимание уделялось повышению боеспособности войск и управлению ими.

Наступление 19-й армии началось 17 августа с форсирования реки Вопь. По ней проходил передний край вражеской обороны, где еще ночью саперы сумели возвести 10 мостов и оборудовать броды. Рано утром, после артиллерийской и авиационной подготовки, соединения армии преодолели реку и атаковали позиции 161-й немецкой пехотной дивизии. Прорвав оборону противника, они в первый же день наступления продвинулись на 10 км.

Перешли в наступление и другие армии Западного и Резервного фронтов. Соединения 29-й армии генерал-лейтенанта И. И. Масленникова успешно форсировали Западную Двину, смяли оборонявшуюся здесь пехотную дивизию противника, нанеся ей большой урон. Для восстановления положения на этом участке фронта германское командование вынуждено было перебросить моторизованный корпус из 3-й танковой группы и другие части.

Более скромных результатов в эти дни достигли войска 24-й армии генерал-майора К. И. Ракутина, так как оборонявший ельнинский выступ противник превосходил их в силах и средствах, к тому же его оборона имела хорошо организованную систему огня. Несмотря на это, советские части не прекращали атак. Особое мужество и упорство проявили воины 765-го стрелкового полка 107-й стрелковой дивизии, которым командовал подполковник М. С. Батраков. Захватив высоту, они целых 12 дней удерживали ее, отражая бесчисленные контратаки врага. Отличился и личный состав 586-го стрелкового полка во главе с полковником И. М. Некрасовым. За бои под Ельней многие получили правительственные награды, а полковник И. М. Некрасов был удостоен звания Героя Советского Союза.

Генерал Г. К. Жуков пришел к выводу, что для уничтожения противника, который 5 пехотными дивизиями оборонял ельнинский выступ, сил одной 24-й армии явно недостаточно. 21 августа Жуков приказал прекратить наступление и приступить к подготовке нового, более сильного и лучше организованного удара.

Таким образом, комплексно оценивая обстановку на фронтах Западного направления в ходе третьего этапа смоленского сражения (с 8 по 21 августа 1941 года), можно сказать, что центр боевых действий переместился к югу — в полосу Центрального фронта. Здесь против 24 советских дивизий (в том числе 2 танковых) 8 августа перешли в наступление 2-я танковая группа и 2-я полевая армия противника (25 дивизий, из них 6 танковых и моторизованных). Армии Центрального фронта, растянутые в одну линию, не смогли сдержать танкового удара врага и начали отходить в южном и юго-восточном направлениях. В оборонительном построении фронта образовались широкие разрывы. Создалась угроза Брянску, который с 16 августа прикрывал вновь созданный Брянский фронт (13-я и 50-я армии). Чтобы задержать продвижение противника, Ставка приказала Брянскому фронту нанести контрудар по 2-й танковой группе врага и разгромить ее. Однако перегруппировка войск фронта проводилась медленно. Противник, упреждая соединения фронта, срывал планомерное проведение перегруппировок. К 21 августа немецкие войска продвинулись на глубину 120–140 км и, выйдя на рубеж Новозыбков — Стародуб, глубоко охватили с востока и запада 21-ю армию. Связь между Брянским и Центральным фронтами нарушилась.

Несмотря на то что общая обстановка для частей Красной Армии на западном направлении складывалась весьма неблагоприятно, к концу августа 1941 года и немецкое командование начало испытывать серьезные трудности. Физические возможности для осуществления лелеемой цели немецкого командования — немедленного броска на Москву — быстро иссякали. Однако главное командование сухопутных войск Германии (ОКХ) по-прежнему отстаивало этот план. Еще 18 августа генерал-фельдмаршал фон Браухич наконец-то решился представить Гитлеру свои предложения на этот счет. Начальник штаба оперативного руководства Верховного главнокомандования вермахта (ОКВ) генерал-лейтенант Йодль, как обычно, пошел на попятную и не поддержал Браухича, и Гитлер полностью отверг эти предложения. Фюрер лично написал Браухичу и Герингу пространный ответ, содержавший критику тактики ОКХ и указания о дальнейшей стратегии. Танковые соединения группы армий «Центр», подчеркнул Гитлер, ни разу не сумели полностью окружить противника. Они позволяли себе слишком далеко отрываться от пехоты и «действовать слишком самовольно». Планы будущих операций, изложенные Гитлером в приказе штаба оперативного руководства ОКВ от 21 августа 1941 года, показывают также, что подготовка к захвату Ленинграда отходила на задний план и что максимальные усилия должны быть предприняты на южном участке советско-германского фронта. В этом приказе Гитлер подчеркнул, что соображения главнокомандования ОКХ «не согласуются с моими планами», и отдал приказ, что «главнейшей задачей до наступления зимы является не взятие Москвы, а захват Крыма, промышленных и угольных районов на Донце и лишение русских возможности получения нефти с Кавказа; на севере — окружение Ленинграда и соединение с финнами».

С появлением этой директивы план наступления на Москву в центре фронта был официально «похоронен».

22 августа Гудериан получил приказ «перебросить боеспособные танковые дивизии в район Клинцы — Почеп» на левый фланг 2-й немецкой армии. Впервые был также изложен замысел наступления части войск группы армий «Центр» в южном направлении во взаимодействии с группой армий «Юг». 24 августа после встречи Гудериана с Гитлером в штабе ОКХ в Восточной Пруссии 2-я танковая группа получила официальный приказ наступать на юг во фланг и тыл киевской группировки советских армий.

Для того чтобы понять, как должен был быть реализован этот маневр, здесь приведен приказ командующего группой армий «Центр» генерал-фельдмаршала фон Бока от 24 августа 1941 года: