Несмотря на неудачи в боях и отступление по всему фронту, департамент Мехлиса не терял надежды, что «братья по классу» в германском тылу поднимутся на борьбу с агрессором. Начальник Политуправления требовал регулярно забрасывать к немцам пропагандистскую литературу, а политотделы в каждом донесении докладывали о проделанной работе. Один только 7-й отдел политуправления Юго-Западного фронта за период военных действий до 3 июля издал воззваний, листовок и газет на немецком, румынском, польском и венгерском языках около 11 миллионов (!) экземпляров. Однако восстаний в германском тылу так и не дождались, число перебежчиков исчислялось единицами. Так что и эта часть советской политической доктрины на практике не оправдалась.

А тем временем командир 39-го моторизованного корпуса генерал Шмидт получил приказ передовыми частями любой из своих дивизий выйти на автостраду северо-восточнее Смоленска и преградить противнику путь отступления на восток. Дивизии второго эшелона корпуса развернуть по обеим сторонам шоссе Смоленск — Демидов фронтом на юг с тем, чтобы воспрепятствовать отходу советских частей из Смоленска на север. Выполняя эту задачу, 7-я танковая дивизия устремилась на Духовщину, Ярцево и начала выходить в тыл армиям Конева и Курочкина.

К удовлетворению немецкого командования, «все данные указывали на то, что противник не намерен использовать преимущества, которые предоставляют ему обширные просторы страны, а наоборот, несмотря на понесенные потери, чувствует себя достаточно сильным, чтобы контрударами и упорным сопротивлением на оборонительных рубежах остановить вторжение в его страну».

16 июля части 7-й танковой дивизии Функа, прорвавшиеся со стороны Духовщины, захватили Ярцево, перерезали автомагистраль Москва — Минск и преградили советским войскам важнейший путь отхода на восток. Вслед за ней двигалась 20-я мотодивизия Цорна. Одновременно немцы выбросили сюда крупный парашютный десант. В распоряжение Тимошенко из состава Резервного фронта были выделены 110-я мотострелковая и 69-я танковая дивизии, получившие приказ с утра 18 июля нанести удар на Духовщину, разгромить 7-ю танковую дивизию противника и выйти к Смоленску. Эту задачу советские дивизии не выполнили, так как действовали разновременно и с опозданием.

Не менее серьезная обстановка сложилась в районе Орши и Шклова на стыке 20-й и 13-й армий. Танковая группа Гудериана прорвала здесь оборону и начала развивать наступление на Горки, Ельню, а правым флангом — на Чериков и Кричев. Саму Оршу упорно обороняла 73-я стрелковая дивизия полковника А.И. Акимова. Здесь же русские впервые применили новое сверхсекретное оружие — реактивные установки БМ-13.

Трехдневные бои в районе Орши вела выведенная было в резерв 1-я Московская мотострелковая дивизия. 12 июля она получила приказ во взаимодействии с частями 61-го стрелкового корпуса нанести удар на Копысь и отбросить немцев за Днепр, а еще через два дня дивизия оказалась в полном окружении. 16 июля комдив приказал уничтожить все оперативные документы и технику и прорываться на восток. В поход выступили 1500 человек. К концу месяца остатки 1-й мотострелковой были расчленены на мелкие разрозненные группы, каждая из которых выбиралась к своим самостоятельно. Сделать это удалось немногим.

Обойдя Оршу с юга, 47-й мотокорпус Лемельзена приближался к Смоленску. Теоретически оборона города возлагалась на 16-ю армию. Действительно, генерал Лукин привез из Забайкальского военного округа полнокровную армию, в составе которой, наряду с прочим, имелось 1300 танков. Но к моменту выхода немецких дивизий к Смоленску в его распоряжении осталось всего две стрелковые дивизии. Армию растащили, значительная ее часть, в том числе танковые соединения, была передана генералу Курочкину и успешно потеряна.

13 июля жаркие бои разгорелись под Красным, где двум немецким дивизиям 47-го мотокорпуса противостояла 57-я отдельная танковая дивизия полковника В.А. Мишулина (в ней еще оставалось два взвода танков БТ-7), 152-я стрелковая, снова отобранная у Лукина, подвижный мотоотряд и бригада Смоленского гарнизона под командованием полковника П.Ф. Малышева, состоявшая из батальона милиции и трех батальонов ополчения. Они держали оборону трое суток, затем, когда немцы их обошли, еще пять дней дрались в окружении.

В ночь на 16 июля 29-я мотодивизия Больтенштерна ворвалась в южную часть Смоленска. Город остались защищать лишь добровольцы Малышева: «Захват южной части Смоленска был связан с тем, что мы в то время не научились еще организовывать оборону в крупных населенных пунктах малыми силами… при минимальной подготовке города могли быть превращены в прочные опорные пункты, которые нелегко было бы преодолеть даже с помощью авиации, артиллерии и танков». Из слов Еременко можно понять, что ничего для превращения Смоленска «в прочный опорный пункт» сделано не было. Следом подоспела 17-я танковая дивизия и развернулась южнее города, чтобы воспрепятствовать отходу советских частей. Дивизии вторично не повезло: в боях под Смоленском был смертельно ранен ее командир генерал фон Вебер, на его место заступил генерал фон Тома.

19 июля 10-я танковая дивизия генерала Лепера завладела Ельней, создав здесь плацдарм, довольно далеко выдвинутый на восток. Три советские армии — 19-я, 16-я и 20-я — оказались в оперативном окружении в районе Смоленска. Их связь с тылом можно было поддерживать лишь по лесисто-болотистой местности южнее Ярцево через Соловьево. Примерно в это время маршал Тимошенко доложил в Ставку: «Подготовленных в достаточном количестве сил, прикрывающих направление Ярцево — Вязьма — Москва, у нас нет. Главное — нет танков».

Еще в начале боев за Смоленск и Могилев, когда немцы только развертывали наступление к востоку от Днепра, левофланговая 21-я армия Западного фронта, которую возглавил бывший командующий Северо-Западным фронтом Ф.И. Кузнецов, получила задачу «нанести ответный удар по противнику в общем направлении на Бобруйск» и восстановить фронт по реке Березине. В состав армии в это время входили 7 стрелковых дивизий и 25-й механизированный корпус под командованием прославившегося на весь мир брестским парадом генерал-майора С.М. Кривошеина. В корпус входили 50-я, 55-я танковые и 219-я мех-дивизия — всего 300 танков. На главном направлении действовали соединения 63-го стрелкового корпуса комкора Л.Г. Петровского. Одновременно планировалось наступление на Горки с двух направлений: 28-м стрелковым корпусом — вдоль восточного берега реки Проня; объединенными силами 4-го воздушно-десантного и 25-го механизированного корпусов под общим командованием генерала Жадова — из района Кричева. 13-я армия должна была силами 20-го мехкорпуса и двух стрелковых дивизий наносить удар на Горки вдоль западного берега Прони и осуществить ликвидацию прорыва противника в районе Быхова.

Однако с рассветом 14 июля немецкая авиация произвела массированные налеты на Чериков и Пропойск. Около 4 часов утра танки 4-й дивизии Лангермана неожиданным ударом с северо-запада прорвались через мост на реке Проня у Пропойска, отбросив 55-ю дивизию, и повели наступление на Чериков, который взяли на следующий день. 17 июля они захватили Кричев. Ударная группировка 13-й армии оказалась отрезанной от основных сил фронта в районе юго-западнее Чаус. При выходе из окружения ее войска понесли большие потери, командир 20-го механизированного корпуса генерал СИ. Герасименко погиб.