进攻开始前，加里宁方面军和西方面军的编成内共有人员125万余人、火炮和迫击炮2．06万门、坦克和自行火炮1430辆、飞机1100架。战役准备期间，进行了大规模变更部署。全体人员受到了在森林沼泽地行动的训练，掌握了突破敌人预有准备的防御的经验。在长期防御后转入进攻，对军队在精神政治方面的准备提出了新的要求。政治工作特别重视培养激发的进攻锐气；共产党员和共青团员奔向了最困难的地段。
第一阶段，8月7～20日，西方面军进行了斯帕斯杰缅斯克战役（1943），在战役过程中粉碎了斯帕斯杰缅斯克地域的敌军集团，向纵深推进30～40公里，尔后被阻止在中间防御地区。加里宁方面军从13日起向杜霍夫希纳方向展开进攻，仅略微楔入敌人防御。在此情况下，最高统帅部大本营暂时停止了进攻，以变更兵力部署和准备新的突击。鉴于布良斯克方面军推进顺利，决定将西方面军基本兵力集中于斯摩棱斯克方向。
第二阶段，8月21日至9月6日，西方面军准备和实施了叶利亚—多罗戈布日战役（1943），在战役过程中，于8月30日攻占了叶利尼亚，以右翼强渡第聂伯河后，于9月1日解放了多罗戈布日。6日日终前，方面军推进35～40公里。
第三阶段，9月7日至10月2日，加里宁方面军和西方面军变更部署后，于9月14～15日再度发起进攻，分别进行了杜霍夫希纳—杰米多夫战役（1943）和斯摩棱斯克一罗斯拉夫利战役（1943）。25日解放了斯摩棱斯克、罗斯拉夫利。在进攻过程中，苏军推进135～145公里，10月2日前，进抵韦利日以西、鲁德尼亚、德里宾及沿普罗尼亚河一线，在此转入防御。