Основная роль в наступлении войск Западного фронта в районе Духовщины и Ярцевских высот предназначалась двум армиям: 19-й и 30-й генерал-майора В.А. Хоменко. Обе армии имели по три стрелковых дивизии, что примерно приравнивалось к корпусу. Следует отметить, что немецкий пехотный корпус по численности превосходил армию генерала Конева периода боёв под Духовщиной в августе—сентябре 1941-го примерно вдвое.

Севернее наступала 29-я армия генерал-лейтенанта И.И. Масленникова. Южнее действовали 16-я армия генерал-лейтенанта К.К. Рокоссовского и 20-я генерал-лейтенанта М.Ф. Лукина, прикрывая район Ярцева и днепровских переправ.

Немцы в это время имели перед фронтом 19-й и 30-й армий до трёх пехотных и одну танковую дивизию. Одна мотодивизия находилась во втором эшелоне в качестве резерва.

Боевой приказ командующего войсками Западного фронта № 01 от 15 августа 1941 года маршала Тимошенко, в частности, предписывал: «…концентрическим ударом 30 и 19 армий в общем направлении Духовщина окружает и уничтожает духовщинскую группу пр-ка и выходит своим центром на рубеж Старина, Духовщина, Ярцево». На рассвете 16 августа кавалерийская группа Доватора смяла редкие боевые охранения немцев и пошла по тылам, уничтожая тыловые объекты и базы снабжения в районах Велиж, Демидов, Духовщина.

Состав 19-й армии в день наступления был таков: 166-я, 91-я, 50-я, 64-я, 89-я, 162-я стрелковые и 101-я танковая дивизии. Армию поддерживала с воздуха 43-я смешенная авиадивизия, три гаубичных артиллерийских полка, две батареи «катюш», артполк ПТО, инженерные части.

Утром 17 августа, оставив на фронте Потелица—Приселье усиленную 162-ю стрелковую дивизию, Конев бросил свои дивизии в атаку

Это было второе наступление на Духовщину на Смоленском направлении. Первое, начавшееся 8 августа, ощутимых результатов не дало. На отдельных участках войска продвинулись до десяти километров и вынуждены были перейти к обороне. Бои отличались особым упорством и ожесточённостью. Поэтому главным их итогом стали огромные потери с обеих сторон.

Конев впервые именно здесь почувствовал себя командующим армией. Войска удалось развернуть в боевой порядок, наладить связь и взаимодействие артиллерии, танков и пехоты, подтянуть тылы и обеспечить подвоз. Теперь он чувствовал, как дивизии и полки перемещаются в соответствии с указаниями штабов, как штабы реагируют на изменение обстановки. Сказать, что командарм часто бывал в войсках, на передовой, — это отделаться банальной расхожей фразой, которая, пожалуй, подходит к большинству военачальников. Но для Конева наблюдательные пункты командиров дивизий, полков и даже батальонов станут тем свежим воздухом, которым он будет дышать всю войну.

На рассвете 17 августа 1941 года генерал Конев стоял в окопе, оборудованном под передовой наблюдательный пункт одного из стрелковых полков, и смотрел в бинокль на то, как в утренней туманной дымке, смешанной с густой копотью только что отгремевшей артподготовки, поднялись и пошли вперёд стрелковые цепи.

— Артиллеристы, кажись, хорошо отработали, товарищ генерал-лейтенант. Смотрите, на том берегу тихо. — Командир стрелкового полка заметно волновался. Ещё бы, сам командарм прибыл на участок его полка и наблюдает, как действуют батальоны.

А батальоны действовали умело и успешно. Вскоре один из комбатов по телефону доложил: роты переправились через реку, достигли первой линии окопов, вошли в соприкосновение с противником. Спустя несколько минут новое сообщение: сопротивление противника по мере продвижения вперёд постепенно возрастает.

Когда Конев к полудню вернулся в свой штаб в село Вадино, ему доложили: оборона противника прорвана сразу на нескольких участках, в некоторых местах прорыва части первого эшелона продвинулись на десять километров, захвачено много трофеев.

В эти дни фельдмаршал фон Бок записал в своём дневнике: «9-я армия докладывает, что противник ворвался в расположение наших войск на левом крыле VIII корпуса. 161-я дивизия истекает кровью и находится на пределе возможностей». На следующий день, 20 августа, командующий группы армий «Центр» снова с беспокойством подводит результаты первых трёх суток боёв: «Прорыв на фронте 161-й дивизии оказался настолько серьёзным, что Гот, который временно принял на себя командование 9-й армией из-за болезни Штрауса, вызвал на подмогу свои последние резервы — 7-ю танковую и 14-ю моторизованную дивизии».

Конев получил данные авиаразведки: из тыловых районов, где противник держал свои резервы, к фронту движутся колонны войск и бронетехники. Сразу же на танкоопасных участках были созданы противотанковые районы. Дороги, переправы и броды минированы, переброшены резервы противотанковой артиллерии. Контрудар немцев натолкнулся на заранее подготовленную оборону.

До сих пор некоторые исследователи, говоря о Смоленском сражении 1941 года, продолжают утверждать, что немцы в тот период не располагали танками, что танковые группы были направлены на север и на юг, чтобы помочь сдвинуться с места двум другим группам армий, которые тоже были остановлены контратаками и упорной обороной Красной армии. Но ведь танками в вермахте располагали и некоторые пехотные дивизии. Кроме того, моторизованный разведбат каждой немецкой пехотной дивизии имел бронетранспортёры и лёгкие танки. А тут — целая дивизия, 7-я танковая. Она действовала именно против атакующей 19-й армии Конева.

Немцы подтянули свои резервы, произвели перегруппировку и контратаковали. Бой произошёл 20 августа возле деревень Задняя и Потелица. Местами немцам удавалось прорваться через линии 19-й армии. Группы танков углублялись в тыл. Но там их встречали на новых рубежах огнём противотанковых пушек, связками гранат, бутылками с зажигательной смесью. Бреши, пробитые танковыми атаками, тут же заделывали резервами, огнём артиллерии и штурмовой авиации. Вечером бой затих. Немцы отошли. В предполье перед окопами первой линии противник оставил 37 танков и бронетранспортёров, сотни трупов своих солдат. За три дня непрерывных боёв перед позициями 19-й армии противник потерял около 80 танков. Данные взяты из донесений штаба армии штабу Западного фронта. Правда, в приказе Военного совета Западного фронта № 03/ОП, который в те дни зачитывали в войсках, значится другая цифра немецких потерь — 130 танков. Что ж, надо понимать: приказ о первых значительных победах должен был воодушевлять войска на новые победы, формировать в каждом бойце и командире личное мужество и уверенность в том, что врага можно бить в любом бою. В своих воспоминаниях маршал Конев, рассказывая о боях на Смоленской дуге, повторит эту цифру, правда, со ссылкой на вышеназванный приказ: «…войска 19-й армии в этих боях уничтожили 130 танков, много орудий и миномётов, враг потерял тысячи человек убитыми и ранеными. “Дни лёгких побед врага уже миновали”, — такой был вывод». И далее: «Я привожу эти выдержки из приказов как подтверждение того, что советские войска в июле—августе 1941 года не только выдержали натиск врага на московском направлении, но и нанесли ему серьёзные ответные удары. Хотя немецко-фашистской группе армий “Центр” и удалось за эти два месяца продвинуться на восток до Днепра на 170 километров, но это был не тот успех, на который рассчитывало гитлеровское командование. Непрерывное нарастание сопротивления советских войск, их героическая борьба спутали все карты неприятеля и снизили темпы его наступления до 6—7 километров вместо планировавшихся 30 километров в сутки. Группа армий “Центр” была вынуждена перейти к обороне».