Только во второй половине дня противник, оправившись от первого мощного удара, стал оказывать сопротивление в глубине обороны, опираясь на заранее подготовленные позиции. Также германским командованием поначалу был недооценен удар 11-й гвардейской армии. Активность самолетов 6-го воздушного флота на этом направлении была минимальной. В этих условиях необходимо было ускорить темп наступления, чтобы не дать противнику закрепиться и организовать прочную оборону на тыловом рубеже. Учитывая это, И. Х. Баграмян приказал ввести в прорыв 5-й танковый корпус. Танковый корпус генерал-лейтенанта М. Г. Сахно был хорошо укомплектован и готов к бою: в его составе насчитывалось 131 Т-34, 25 «Валентайна» и 23 Т-70.

В 17.00 12 июля 5-й танковый корпус вошел в прорыв и устремился на юг. К 20.00 части корпуса подошли к северным окраинам Ульянова и Речицы. Однако памятуя горький опыт предыдущих сражений, советские танковые командиры в 1943 г. действовали еще очень осторожно. Темнота и отсутствие точных данных об организованной здесь немцами противотанковой обороне не благоприятствовали продолжению наступления. Генерал Сахно решил за ночь тщательно разведать позиции противника и с утра во взаимодействии с пехотой прорвать тыловой рубеж обороны немцев. Тем не менее общий итог первого дня боев был ободряющий: 11-й гвардейской армии удалось на фронте 14 км вклиниться в немецкую оборону на 10–12 км. На следующий день свое веское слово должны были сказать танки. Во втором эшелоне за 5-м танковым корпусом сосредотачивался 1-й танковый корпус генерала Буткова, насчитывавший боеготовыми 121 Т-34, 36 Т-70, 13 Т-60, 13 СУ-122 и 8 СУ-76. Это было свежее соединение, не участвовавшее в боях с весны 1943 г.

Выйдя на исходные позиции еще ночью, 1-й танковый корпус первым начал боевые действия ранним утром 13 июля. Начав атаку в 7.40 утра, корпус подошел к деревне Старица. Однако в 300 м к северу от деревни танки остановились перед противотанковым рвом. Обойти его мешали непроходимые для танков овраги. Под сильным огнем советским саперам удалось пробить проходы во рву только к 17.00 того же дня. Фактически весь день корпус топтался на месте, потеряв 10 танков сгоревшими и 13 подбитыми и 350 человек убитыми и ранеными.

Намного успешнее развивались события на соседнем участке, где должен был наступать 5-й танковый корпус. Здесь утром 13 июля бой начала пехота при поддержке отдельных танковых бригад и полков. 11-я гвардейская стрелковая дивизия обошла с востока деревню Старица, перед которой топтался корпус Буткова. Ударом с тыла немцы были выбиты из деревни. После захвата немецкого опорного пункта Ульяново в 14.30 перешел в наступление 5-й танковый корпус. Тщательно подготовленный ввод в сражение крупных масс танков принес свои плоды. Остаток дня 5-й танковый корпус продвигался вперед, почти не встречая сопротивления. 70-я танковая бригада корпуса за полдня прошла почти 30 км, на плечах противника форсировала реку Вытебеть и ворвалась в селение Ягодная. Однако советское командование, памятуя горький опыт 1942 г., проявило излишнюю осторожность. Баграмян посчитал, что оставлять танковую бригаду на плацдарме, в отрыве от главных сил корпуса, опасно. Поэтому по приказу сверху 70-я бригада оставила Ягодную и отступила назад. Эта чрезмерная осторожность вскоре стоила двух дней тяжелых боев. Подтянутые немцами резервы заняли оборону на рубеже реки Вытебеть, закрепившись в Ягодной.

В результате двух дней боев войска 11-й гвардейской армии преодолели все три оборонительных рубежа противника на фронте 23 км и продвинулись вперед на 12–25 км. 13 июля немецкому командованию стало ясно, что ситуация гораздо хуже, чем можно было себе представить. В отчете штаба Моделя, написанном по итогам июльских и августовских боев, было сказано:

«Теплившуюся вначале надежду преодолеть кризис армии генерал-полковника Рудольфа Шмидта путем быстрого ввода вышеуказанных сил (12, 18 и 20-й тд, 36-й пд) и затем продолжить наступление 9-й армии пришлось уже 13.07 окончательно похоронить. Когда обнаружились огромные масштабы наступления противника против 2-й танковой армии, стали понятны оперативные цели этого наступления: окружить и уничтожить всю нашу группировку внутри Орловской дуги».

В этих условиях Клюге приказал Моделю принять командование над 2-й танковой армией, не оставляя поста командующего 9-й армией. Обе армии на периметре Орловской дуги оказались в руках одного человека.

Надо сказать, что советское командование осознавало перспективы нарастания сопротивления противника. Командующий 1-й воздушной армией генерал-лейтенант М. М. Громов в своем приказе на 14 июля отмечал: «Завтра ожидается усиление авиации противника, что может вызвать большие потери, при наличии беспечности и нечеткой работы наших летчиков…» Здесь нельзя не отдать должное прозорливости Громова. Действительно, до подхода 18-й и 20-й танковых дивизий задача сдерживания наступления 11-й гвардейской армии была возложена на 6-й воздушный флот.

Выгодным оборонительным рубежом на тот момент была река Вытебеть. Удержание позиций на берегу этой реки существенно облегчило бы задачу подходивших с южного фаса Орловской дуги резервов. Советское командование и так допустило серьезную ошибку, отказавшись от удержания плацдарма вырвавшейся вперед танковой бригадой. Исход борьбы за рубеж Вытебети был решен подошедшей вслед за танками пехоты 8-го гвардейского стрелкового корпуса. Совместным ударом пехоты и танков слабая оборона немцев была прорвана, а опорный пункт Ягодное — окружен и взят штурмом. 1-й и 5-й танковые корпуса переправились через реку и устремились каждый в своем направлении. 1-й танковый корпус резко свернул на юг, его задачей было наступление на Хотынец. 5-й танковый корпус продолжил наступление на юго-восток, в тыл немецким войскам в районе Болхова.

Надежды, возлагавшиеся немецким командованием на авиацию, не оправдались. Бомбардировщики действовали с высоты 3000–3500 метров, сбрасывая бомбы с горизонтального полета. Эффективность такой бомбардировки, по оценкам штаба 1-й воздушной армии, была крайне низкой: «Воздействие, оказываемое ими на наземные войска, было преимущественно моральным». Налеты на танковые корпуса были отражены зенитками и истребительным прикрытием. Потери при этом были явно непропорциональны результату. Немецкие экипажи двухмоторных бомбардировщиков летали над полем боя без прикрытия, что привело к чувствительным потерям. За 14 июля 6-й воздушный флот потерял 26 самолетов, особенно тяжело пострадала эскадра KG53, потерявшая разом 6 бомбардировщиков Хе-111.

Общий ход боевых действий вызывал умеренный оптимизм. 14 июля директивой Ставки ВГК Западному фронту было разрешено ввести в бой еще одно подвижное соединение — 25-й танковый корпус генерал-майора Ф. Г. Аникушина. Он находился в резерве фронта и занимался учебой и доукомплектованием. Вечером того же дня корпус был поднят по боевой тревоге и отправился в 140-километровый марш. Сосредоточившись в тылу наступающих частей 11-й гвардейской армии, корпус получил приказ: «Действовать совместно с 1-м тк и к утру 17.07 захватить Хотынец».

После первой неудачной попытки остановить наступление 11-й гв. армии 6-й воздушный флот предпринял массированные атаки 16 июля. В какой-то мере возрастанию активности и эффективности действий люфтваффе способствовала местность. 1-й танковый корпус вышел из лесов на открытую безлесную равнину, пересеченную оврагами и балками. С самого утра немецкие самолеты атаковали порядки 1 — го танкового корпуса. Танковые бригады подвергались атакам с воздуха по 10–12 раз.