Германское командование превратило ельнинский плацдарм в своеобразный укрепленный район. Все командные высоты и населенные пункты оборудовались для ведения круговой обороны. Инженерные укрепления, врытые в землю танки, бронемашины и орудия в ряде мест прикрывались минными и проволочными заграждениями. Наиболее прочные оборонительные позиции были созданы на переднем крае на глубину 1,5–2 км. Особенно сильную оборону враг подготовил на северном фасе выступа. Тут все опорные пункты имели стройную систему флангового огня, простреливавшего вокруг них каждый метр земли. Потеря одного опорного пункта восполнялась за счет привлечения огневых средств с соседних участков. Следовательно, для быстрого прорыва такой обороны надлежало нанести сильные первоначальные удары. С этой целью и создавались ударные группы, нарезались относительно узкие участки прорыва. При атаке любой высоты требовалось надежно подавлять противника и на смежных опорных пунктах, иначе можно было оказаться в огневом мешке. В ходе подготовки операции командный состав фронта и армии прилагал большие усилия, чтобы всесторонне обеспечить боевые действия. Однако выполнить намеченные мероприятия полностью из-за ограниченного времени, отведенного на подготовку операции, к началу наступления не удалось.

В частности, обстановка не позволила полностью восстановить боеспособность частей и соединений. Вновь прибывшее маршевое пополнение было слабо обучено и необстреляно. В связи с этим стрелковые дивизии, имевшие к тому же некомплект до 20–30 %, не обладали достаточной огневой и ударной силой. 103-я и 106-я моторизованные дивизии по существу мало чем отличались от стрелковых, а 102-я танковая насчитывала всего 20 исправных танков, причем с довольно ограниченным моторесурсом, так как еще 22–23 июля из состава 102-й танковой дивизии были сформированы и переданы в стрелковые дивизии 3 отдельных батальона. В эти дни были приняты дополнительные меры по эвакуации и ремонту машин, однако из-за нехватки тракторов, особенно тяжелых, типа «Ворошиловец», практически сделать удалось немного. Для устранения этих и других недостатков требовалось дополнительное время. Но откладывать начало операции было нельзя: германские войска на этом направлении могли еще больше укрепить оборону. В интересах дела требовалось также как можно быстрее использовать результаты августовских наступательных боев. Кроме того, удары войск Резервного фронта содействовали бы контрударам Брянского, наносимым по 2-й танковой группе врага, наступавшей в южном направлении. Предметом особой заботы являлась практическая работа всех звеньев управления на местности. В ходе рекогносцировки с командирами дивизий, полков, батальонов (дивизионов) и рот (батарей) были отработаны все вопросы, связанные с уяснением боевых задач и организацией их выполнения. В подразделениях проводились тренировочные тактические учения, прививались навыки взаимодействия сил и средств в бою. До начала наступления и во время боев в частях и подразделениях непрерывно велась целеустремленная идеологическая работа, направленная на неуклонное выполнение поставленной перед ними боевой задачи. Должное внимание уделялось индивидуальной работе с бойцами. Положительным в планировании Ельнинской наступательной операции стало создание ярко выраженных ударных групп, что обеспечило сосредоточение основных усилий на решающем направлении. В северную и южную группы были включены все исправные танки и около 70 % артиллерии армии. Наиболее сильной в огневом отношении была северная группа, имевшая около 400 орудий, минометов и боевых машин реактивной артиллерии, то есть свыше 50 % всей артиллерии армии. Такая концентрация позволила создать в этой группе плотность артиллерии калибра 76 мм и выше, более 60 орудий и минометов на километр участка прорыва, что в 2–3 раза превышало плотность артиллерии в наступлении Западного фронта под Смоленском в августе 1941 года. Тщательно была спланирована артиллерийская подготовка и поддержка атаки пехоты и танков. Сопровождение же при бое в глубине обороны противника детально не планировалось.

Как слабое место в подготовке операции следует отметить то, что из-за общего недостатка сил командование армии не смогло создать второй эшелон (резервы) и подвижную группу, предназначенные для развития успеха на главном направлении или решения других задач в ходе наступления. Необходимость же выделения для этого сил и средств обусловливалась решительностью замысла операции (окружение ельнинской группировки противника планировалось осуществить на второй день операции). Для достижения этой цели требовалось не только быстро прорвать оборону противника, но и развить стремительное наступление в глубину и в сторону флангов с учетом отражения многочисленных контратак и контрударов врага. Возможности же атакующих дивизий были ограничены.

Не приходилось рассчитывать и на внезапность. Хотя глубина задач ударных групп была сравнительно небольшой, для противника направления их ударов не являлись неожиданными. Это обусловливалось конфигурацией ельнинского выступа и тем, что 24-я армия в первой половине августа уже предпринимала наступление на северном фасе выступа из района Дубовежье — Ушаково. Двухэшелонное построение боевых порядков батальонов, полков и дивизий в данном конкретном случае не обеспечивало нанесения сильного первоначального удара с участием основной массы огневых средств. Из 27 стрелковых рот дивизии в одновременной атаке в начале операции принимали участие лишь 8, а остальные 19 и большая часть огневых средств пехоты эшелонировались в глубину. В результате все это повлияло на ход операции и послужило одной из причин, осложнивших полную реализацию замысла командующего фронтом.

30 августа в 7 часов утра артиллерия армии, несмотря на сильный туман, обрушила огонь по заранее разведанным в обороне противника целям. После 10–минутного огневого налета по живой силе и огневым точкам на переднем крае она в течение 40 минут вела методический огонь, подавляла вражескую артиллерию и разрушала его оборонительные сооружения огнем орудий, установленных на прямую наводку. В это время под прикрытием артиллерийского огня пехота и танки выходили на рубеж атаки. Затем, после заключительного мощного 10–минутного огневого налета соединения армии по всему фронту ельнинского выступа перешли в наступление. С переходом в атаку пехоты и танков артиллерия поддерживала их последовательным подавлением живой силы и оживших огневых средств врага сосредоточенным огнем, а также огнем отдельных батарей и орудий с открытых огневых позиций. Одновременно артиллерийская группа дальнего действия подавляла батареи противника и его выявленные резервы.

Используя результаты артиллерийской подготовки и огонь поддерживающей артиллерии, южная и центральная ударные группы в первый же день наступления добились больших успехов. 303-я и 120-я стрелковые дивизии, например, почти полностью выполнили ближайшие задачи. Менее удачно действовали в этот день соединения северной ударной группы. В 8.00 танки 102-й отдельной танковой дивизии успешно атаковали противника, но пехота отстала, и им пришлось вместо развития успеха отойти назад, чтобы подтянуть ее. Воспользовавшись этим, враг оказал упорное сопротивление. За день боя дивизии удалось лишь вклиниться в оборону. Из-за недостатков в управлении существенных результатов не добились и другие соединения. Так как не все подразделения 107-й стрелковой дивизии смогли своевременно занять исходное положение для наступления, одновременной сильной атаки не получилось.