９ 月１８ 日夜，苏第３９ 集团军攻占了杜霍夫希纳，打开了斯摩棱斯克的北部门户！９ 月２１ 日，第４３ 集团军又占领了杰米多夫。庞大的红军集团由北面逼向斯摩棱斯克。
受此威胁，已在该方向丧失主要阵地的德军只得西撤。叶廖缅科的军团突破森林沼泽的阻扰，穷追不舍，又于９ 月２９ 日攻占了交通枢纽鲁德尼亚，逼向了维捷布斯克！１０ 月２ 日前，加里宁方面军左翼进抵波尼佐维耶以西、鲁德尼亚一线。但德第３ 装甲集团军右翼也撤退至此，再度建立起防线阻止红军推进。
叶廖缅科从斯摩棱斯克以北猛攻的同时，斯摩棱斯克正（偏北）面和南面的西方面军也发起了最后的冲击！
通过此前的艰苦战斗，索科洛夫斯基上将的西方面军９ 月初已前出至乌斯特罗姆河、杰斯纳河一线，缩短了与斯摩棱斯克和罗斯拉夫利的距离。经过几天休整，索科洛夫斯基决心一鼓作气，拿下这两个城市！并向奥尔沙、莫吉廖夫发展。
他计划以一系列正面突击，分割并各个击溃当面德军：
方面军中部集团：近卫第１０ 集团军，第２１、３３ 集团军向波奇诺克、奥尔沙方向实施主攻，从中央瓦解德军防御；
右翼第３１、第５、第６８ 集团军一路排开，从北至南全面推向斯摩棱斯克；
左翼第４９、第１０ 集团军负责拿下罗斯拉夫利。
为了增强突击威力，索科洛夫斯基更大限度的将兵力集中到狭窄正面，突破地段每公里正面火炮迫击炮达１５０ 门，坦克和自行火炮４８ 辆，比叶廖缅科还要夸张！
９ 月１５ 日战斗打响！经凶猛炮击和空袭后，苏军发起冲击。此前顽强阻击达１ 个多月的德军，终于也到了强弩之末，几乎在所有方向都被红军突破。俄国人拼命扩张战果，将近卫坦克第２ 军投入第２１ 集团军战区；右翼第３１ 集团军于９ 月１６ 日攻占亚尔采沃市；左翼第１０ 集团军强渡了杰斯纳河。
德军一面向斯摩棱斯克撤退，一面依托沿途据点逐次抗击。９ 月１６ 日，第５０５ 重型坦克营（２６ 辆“虎”）也开到罗斯拉夫利—斯摩棱斯克日，红军进抵索日河，从南面包抄斯摩棱斯克。
同时，苏军右翼从东面逼近斯摩棱斯克东。其第３１、第５ 集团军强渡第聂伯河后，于９ 月２４ 日夜间冲入城内。次日凌晨，古老的斯摩棱斯克获得解放。德军撤退前进行了大规模破坏，留下的只有断壁残垣和大量２５０ 公斤重的延时炸弹。残破的护檐板被温和的秋风吹得噼叭作响。幸存居民尽量避开还在燃烧房屋的炙热。火光在夜间投射在第聂伯河上，宛如鲜血流淌。占领该城的红军主力没有多久停留，又匆匆开向奥尔沙方向。