(8月21日 – 9月6日)
8月中，东部战线的情况已经为之一变，原因是苏军展开了全面进攻，由别尔哥罗德-哈尔科夫攻势行动(Белгородско-Харьковская наступательная операция)(奥泽洛夫·鲁缅采夫行动)(операция "Румянцев" - 03-23.08)及奥尔洛夫攻势行动(Орловская наступательная операция)(库图佐夫行动)(операция "Кутузов" - 12.07-18.08)开始，在德国历史上称为库尔斯克战役，之后德国国防军在下第聂伯河攻势中防守北乌克兰。然而，德国国防军的命令仍然是向斯摩棱斯克和罗斯拉夫尔增援，并从奥尔洛夫撤走数个师团。其结果是，令苏军在进行库尔斯克防御行动(Курская оборонительная операция 05-23.07)后于奥尔洛夫进行的两次反攻更容易实施，从而做成了在斯摩棱斯克及布良斯克以南的一个大型突出部。
在这种情况下，之前的指向罗斯拉夫尔及布良斯克西南面之进攻轴心变得用处不大，苏联最高统帅部决定将进攻轴心指向西面的叶利尼亚及斯摩棱斯克。
叶利尼亚攻势
叶利尼亚-多罗戈布日攻势行动(Ельнинско-Дорогобужская наступательная операция)的主要目标是斯摩棱斯克，因此德国国防军该市周围地区建立了一个大型的要塞防御体系。在杰斯纳河及乌格拉河的沼泽地带已被埋下地雷及在俯瞰该市的高地上架设了重型机关枪。由于了解到德国国防军已充分准备，从8月20日至8月27日的一个星期，苏军获得了坦克及火炮的大量增援。
攻势最终在8月28日开始，由第10近卫集团军、第21集团军和第33集团军实施，并获得3个坦克军、1个机械化军及第1航空集团军的支援。这4个集团军已覆盖了36公里(22英里)的战线，进攻部队高度集中。然而，部队缺乏燃料和补给，补给品只足够部队一至两个星期的消耗量。
经过持续90分钟的猛烈炮轰，苏军向前推进。炮轰以及对地攻击机严重地破坏了德国国防军的防线，令红军突破了25公里(15英里)前线区域及在日终前前进6至8公里(4-5英里)。第二天，8月29日，红军数个狙击师进一步前进，造成了一个30公里(19英里)宽，12至15公里(7-9英里)深的突出部。
为了打开突破口，第2近卫坦克军被投入战斗。一天内，其部它队前进了30公里(19英里)，并到达叶利尼亚的郊区。由于德国国防军士兵没有时间去重组他们的部队，红军进攻市区，并开始形成一个包围圈。8月30日，德国国防军部队被迫放弃叶利尼亚，导致大量的人员伤亡。这令德国国防军开始全面撤出该地区。9月3日，苏联军队到达了第聂伯河东岸。
布良斯克机动作战
在布良斯克附近，情况同样有利于苏军，尽管遭到德军的顽强抵抗。但是，一个确定的弱点改变以前所有的计划。一个出人意料的攻势占领了控制布良斯克以北杜霍夫希纳地区的一些丘陵地带，同时抓获了许多完全没有战斗准备的德军士兵，这个攻势由1943年6月至10月时任布良斯克指挥官的马基恩·波波夫指挥实施。这意味着，苏军的进攻可能不是好像预计的沿特定轴心实施。
因此，在白俄罗斯第1方面军与西方面军之间的分界线转向南面，同时两个新的苏联集团军向杜霍夫希纳及布良斯克附近实施一个个别钳形攻势，迫使德军撤退。
9月6日起，整个战线的进攻放慢至几乎停止，苏军之后每一天只推进仅2公里(1英里)。在右翼，激烈的战斗发生在亚尔采沃附近的树林中。在中路，前进中的苏军到达第聂伯河防线。在左翼，苏军数个狙击师在进入叶利尼亚西南面的森林时遭到阻击。此外，苏军已十分疲倦和枯竭，兵力不到名义上的百分之六十。9月7日，攻势被停止，而进攻斯摩棱斯克第二阶段的行动亦结束。