Гудериан понимал, что лобовая атака Могилева таит в себе опасность. При поддержке десятков тысяч жителей, занятых на земляных работах, вокруг города были построены сильные укрепления, а 13-я армия и Западный фронт в считаные дни превратили Могилев в настоящую крепость. Например, после прорыва частей Гудериана вдоль Днепра воздушная разведка при штабе Клюге сообщила, что «за Днепром русские расширяют свои оборонительные позиции. Эта непрерывная сеть взаимосвязанных траншей, дотов, ходов сообщений, противотанковых рвов, опорных пунктов, особенно вокруг населенных пунктов, многочисленных артиллерийских батарей с бетонными дотами. В целом представляет собой внушительную оборонительную систему в несколько километров глубиной и напоминающую собой укрепления Первой мировой войны»45.

После начала фортификационных работ вокруг Могилева в конце июня, наряду с возведением передовых оборонительных рубежей вдоль реки Друть, в 19 км к западу от города, Советы все еще продолжали их, в то время как 10 и 11 июля войска Гудериана уже форсировали Днепр. Специальные инженерные подразделения закладывали обширные минные поля, а солдаты и гражданские лица рыли окопы, укрепляли каменные и кирпичные дома, учились изготавливать «коктейли Молотова», главным образом в виде бутылок с зажигательной смесью, чтобы потом применять их против немецких танков. После фактического начала сражения немцы были удивлены частыми и неожиданными штыковыми атаками и рукопашным боем. Защитники Могилева держались стойко, отбивая все лобовые атаки врага, в частности частей XXIV, а позднее и XXXXVI моторизованных корпусов.

Основываясь на оценках обороны противника в Могилеве, Гудериан решил избегать лобовых атак на город. Вместо этого он приказал XXXXVI моторизованному корпусу Фитингхофа и XXIV корпусу Гейера обойти город и выйти на рубеж реки Сож, в 97 км к востоку. Таким образом, когда утром 13 июля танковая группа Гудериана начала наступление, немецкий бронированный кулак нанес удар в трех направлениях: XXXXVII корпус Лемельзена – на Смоленск, а корпус Фитингхофа и XXIV корпус Гейера – севернее и южнее Могилева. Аналогично 3-й танковой группе Гота, которая действовала севернее, танковая группа Гудериана собиралась одновременно участвовать в двух сражениях.

На севере XXXXVII моторизованный корпус Лемельзена начал наступление из района Горок утром 13 июля. В авангарде двигались части 29-й моторизованной дивизии Больтенштерна, сопровождаемые 18-й танковой дивизией Неринга. При поддержке 17-й танковой дивизии Вебера, которая сковала главные силы 20-й армии Курочкина в Орше, две дивизии Лемельзена легко прорвали оборону советских стрелковых дивизий на левом крыле армии Курочкина и к вечеру захватили город Красный, в 56 км к юго-западу от Смоленска. Хотя предполагалось, что основной состав 16-й армии Лукина силой шести стрелковые дивизий и 1300 танков, перебрасываемых из Забайкальского военного округа, должен надежно прикрыть южные подходы к Смоленску, к 13 июля Лукин смог выставить всего две стрелковые дивизии (46-ю и 152-ю), а также 57-ю танковую дивизию полковника Мишулина. Последняя 10 июля была выведена из своего первоначального подчинения 23-му механизированному корпусу и 19-й армии и направлена на помощь 20-й армии Курочкина. Тем не менее Лукин атаковал 29-ю моторизованную и 18-ю танковую дивизии вермахта смешанной группой, состоящей из сил 57-й танковой дивизии Мишулина (всего два взвода, имевшие в составе только шесть легких танков БТ-7), 152-й стрелковой дивизии, подвижного моторизованного отряда и сформированной в Смоленске милицейской бригады из четырех батальонов46. Эти части сковали дивизию Неринга на три дня и в конечном итоге участвовали в боях в окружении севернее и западнее Смоленска.

Оставив танки Вебера в Красном для формирования южного крыла намеченного Гудерианом окружения, части Больтенштерна интенсивно теснили русских и двигались вперед, к вечеру 15 июля достигнув южных предместий Смоленска. На следующее утро войска Больтенштерна начали трехдневное сражение за овладение историческим центром города. После тяжелых боев с частями 152-й и 129-й стрелковых дивизий 16-й армии они захватили Успенский собор и жизненно важный железнодорожный мост. К этому времени остаток корпуса Лемельзена растянулся на пути из Орши на 112 км. Ценой значительных усилий и преодолевая отчаянное сопротивление русских, 17-я танковая дивизия Вебера выбила части Курочкина из Орши, сжимая их в вытянутый котел севернее русла Днепра к западу от Смоленска. К концу дня 15 июля этот котел, простирающийся из Смоленска на запад до Орши, содержал большую часть 20-й армии Курочкина, остатки 5-го и 7-го механизированных корпусов и даже части разгромленной 19-й армии Конева. В частности, в окружение попали 129-я и 158-я стрелковые дивизии 34-го стрелкового корпуса генерал-лейтенанта Р.П. Хмельницкого, 127, 134 и 162-я стрелковые дивизии 25-го стрелкового корпуса 19-й армии Конева, 153, 229 и 23-я стрелковые дивизии 69-го стрелкового корпуса генерал-майора Е.А. Могилевчика, 100-я и 161-я стрелковые дивизии 2-го стрелкового корпуса генерал-майора А.Н. Ермакова, 18, 73 и 144-я стрелковые дивизии 20-й армии Курочкина, а также шесть танковых и мотострелковых дивизий 5-го и 7-го механизированных корпусов, то есть в общей сложности 20 дивизий различных типов.

Однако, в подтверждение быстрого износа и потерь техники в процессе столь стремительного наступления корпуса Лемельзена, к тому времени, когда 18-я танковая дивизия Неринга заняла позиции в Красном, в ее составе было всего 12 действующих танков. Таким образом, для разгрома войсками Гудериана и Гота окруженных ими советских частей явно требовались и время, и подкрепления, и изнурительные бои.

Тем временем быстрым маршем на юго-восток из Горок, 13 июля прорвав ослабленную оборону советской 13-й армии, 10-я танковая дивизия Шааля из XXXXVI моторизованного корпуса Фитингхофа в последующие два дня продвинулась на 56 км, захватив к вечеру 15 июля город Мстиславль на реке Сож. Перед тем как 16 июля последовать за 10-й танковой, моторизованная дивизия СС «Рейх» Хауссера прикрывала правый фланг Шааля, занимая блокирующие позиции к северу от города Чаусы и препятствуя отступлению советских войск на северо-восток из Могилева.

Южнее Могилева, после перегруппировки 3-й танковой дивизии Моделя и ее выдвижения в направлении Быховского плацдарма, утром 14 июля XXIV моторизованный корпус Гейера фон Швеппенбурга совместно с 3-й танковой дивизией Моделя и 4-й танковой дивизией Лангермана нанес удар в восточном направлении. При этом 10-я моторизованная дивизия Лепера выдвинулась на север, чтобы охватить Могилевскую крепость с юга. Вечером танки Моделя также повернули на север, чтобы расширить кольцо окружения южнее Могилева на восток, и 15 июля захватили Чаусы, в то время как дивизия Лангермана повернула на юго-восток и в тот же день взяла Пропойск. В то же самое время Гейер к концу 15 июля перебросил 1-ю кавалерийскую дивизию Фельдта через Днепр, передвинув ее на позиции на восточном берегу реки к востоку от Нового Быхова, чтобы заполнить промежуток между 4-й танковой дивизией и водным рубежом и прикрыть правый фланг своего корпуса.

Таким образом, к вечеру 15 июля, словно расставленные пальцы руки, 3-я и 4-я танковые и 1-я кавалерийская дивизии моторизованного корпуса Гейера фон Швеппенбурга образовали широкий выступ к востоку от Днепра, простиравшийся из района южнее Могилева в восточном направлении до реки Сож и затем обратно к Днепру. Войска Гейера фон Швеппенбурга изо всех сил пытались сдержать силы 13-й армии, окруженные в Могилеве, и также прикрыть южный фланг Гудериана.