第一阶段
1941年7月10—1941年7月20日，德国军队在苏联红军西方面军右翼和中央突破防御。德国军队快速兵团推进约200公里，合围了莫吉廖夫，并夺取了奥尔沙、斯摩棱斯克、叶利尼亚、克里切夫。苏联红军第19、第16、第20集团军在斯摩棱斯克地域陷入德国军队战役合围。第13集团军一部兵力突过了索日河，其余兵力击退德国军队的多次坦克冲击后，守住了莫吉廖夫。在这几天，苏联红军第21集团军在西方面军左翼向博布鲁伊斯克方向实施进攻，解放了罗加乔夫市和日洛宾市，并将德国军队第2集团军主力长时间牵制于第聂伯河和别列津纳河之间地带。
第二阶段
1941年7月21日—1941年8月7日，苏联红军统帅部企图使用后备方面军在西方向组织反攻。为此目的建立的第29，第30、第28、第24集团军的4个集团军级战役集群和罗科索夫斯基将军指挥的集团军级战役集群(均转隶西方面军)，从别雷、亚尔采沃、罗斯拉夫利地域向斯摩棱斯克实施向心突击，任务是与第16、第20集团军协同，粉碎斯摩棱斯克以北及其以南的德国军队集团。骑兵集群(3个骑兵师)在第21集团军地带内对德国军队后方进行了奇袭。在战斗行动过程中，形成了两个主要斗争基点：一个在斯摩棱斯克、叶利尼亚地域，另一个在索日河以及第聂伯河和别列津纳河之间地带。有鉴于此，由西方面军左翼各集团军(第13、第21集团军)和由预备队开来的第3集团军于1941年7月24日组建了中央方面军(司令为库兹涅佐夫上将)。苏联红军虽然在反攻过程中未能粉碎德国军队斯摩棱斯克集团和取得显著战果，但却打破了“中央”集团军群对莫斯科的进攻，支援第20、第16集团军突破了合围圈，并将主力撤过第聂伯河。1941年7月30日，德国军队被迫在西方向转入防御。德国军队统帅部决定消除苏联红军对“中央”集团军群两翼造成的威胁之后，再进攻莫斯科。从1941年7月10日—1941年8月5日，德国军队共俘苏联红军31万人，缴获坦克3000多辆和数量大致相同的火炮。
第三阶段
8月8—21日，战斗行动的中心向南转移。1941年8月8日，德国军队第2集团军和坦克第2集群将正面转而向南，对中央方面军转入进攻。苏联红军被迫向东南和南方向退却。1941年8月16日，为掩护布良斯克方向，在预备队方面军(司令为朱可夫大将;1941年7月30日组建，其左翼各集团军向前调到第一梯队)和中央方面军之间建立了布良斯克方面军(司令为叶廖缅科中将)，其编成内有第13，第50集团军，从8月25日起又增加第3、第21集团军(中央方面军撤销)。至8月21日前，德国军队第2集团军和坦克第2集群推进120—140公里，进抵戈梅利、斯塔罗杜布一线，并深深楔入苏联红军布良斯克方面军和中央方面军之间，对苏联红军西南方面军翼侧和后方造成了威胁，苏联红军被俘78000人，144辆坦克和700门火炮。1941年8月16日，苏联红军西方面军和预备队方面军第24、第43集团军(第24集团军从7月30日起在该方面军编成内)发起进攻，以粉碎德国军队杜霍夫希纳集团和叶利尼亚集团。进攻虽未得到发展，但德国军队在叶利尼亚附近的战斗中遭重创。
第四阶段
1941年8月22日—1941年9月10日。在此阶段，苏联红军统帅部决定以积极的行动挫败“中央”集团军群，打破其向南方向对西南方面军后方的进攻。然而，布良斯克方面军以对翼侧突击来阻止德国军队推进的企图未能奏效。在布良斯克方面军地带内，最高统帅部大本营为同一目的进行了一次有460架飞机参加的空中战役。苏联红军航空兵重创坦克第2集群，但亦未能打破德国军队向南的进攻。与此同时，在西方面军右翼，德国军队对第22集团军实施了有力的坦克突击，突破了该集团军防御，并于1941年8月29日夺取了托罗佩茨。第22集团军及在其以南防御的第29集团军，被迫退向西德维纳河东岸。1941年9月1日，西方面军第30、第19、第16和第20集团军在斯摩棱斯克附近重新转入进攻。但进攻未得到发展。预备队方面军第24集团军在叶利尼亚地域继续实施进攻行动。这些行动以粉碎德国军队叶利尼亚集团而告结束。1941年9月10日，苏联红军西方面军、预备队方面军和布良斯克方面军根据大本营命令转入防御。