8月中旬，苏德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-哈尔科夫攻势开始，在德国历史上称为库尔斯克战役，之后，德军在第聂伯河苏军左岸攻势中，防守北乌克兰。
然而，德军统帅部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后，于奥尔洛夫地区进行的两次*攻反**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，之前指向罗斯拉夫尔及布良斯克西南面的进攻轴心变得用处不大，苏联最高统帅部决定将进攻轴心，直接指向西面的叶利尼亚及斯摩棱斯克，主要目标是解放斯摩棱斯克。
增援斯摩棱斯克前线的德军装甲部队
斯摩棱斯克 位于俄罗斯西部第聂伯河畔，面积为4.98万平方公里，距离莫斯科360公里，是斯摩棱斯克州的首府，斯摩棱斯克得名于树脂 ，当地松树林茂盛，是松香 的出产地。
斯摩棱斯克被德军占领近两年，德军在该市周围地区，建立起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，德军埋下大量地雷，在俯瞰该市的高地上，架设了重型机关枪，他们准备的十分充分。
针对这种状况，苏军强化攻击力量的强度，从8月20日至8月27日的一个星期内，苏军获得了坦克及火炮的大量增援，并且，推后攻击时间。
苏军士兵跟在-T34坦克后面冲锋前进
8月28日，苏军攻击开始，由第10近卫集团军、第21集团军和第33集团军实施，他们获得了3个坦克军、1个机械化军及第1航空集团军的支援。
这4个集团军的进攻，覆盖了全长36公里的战线，高度集中，尽管部队缺乏燃料和补给，补给品只够一至两个星期的消耗量，但是，苏联红军义无反顾，一往无前。
当天，经过持续90分钟的猛烈炮轰后，苏军以坦克为先锋，向前推进，持续的炮轰以及苏军对地攻击机的轰炸，严重地破坏了德军的防线，在25公里的正面，苏军迅速突破，并在日终前，向前推进了6至8公里。
第二天，8月29日，红军数个坦克师乘势而上，步兵随后跟进，进一步前进，形成了一个30公里宽，12至15公里深的突出部。
为了进一步打开突破口，扩大战果，苏军第2近卫坦克军也投入战斗，一天之内，其部队前进了30公里，到达叶利尼亚的郊区。
由于德军士兵被击溃，没有时间去重组他们的部队，红军进攻市区，开始形成一个包围圈，8月30日，德军部队被迫放弃叶利尼亚，此战，苏军获得全胜，德军大量的人员伤亡，损失惨重。
叶利尼亚的丢弃，在德军防御地带撕开了一个口子，牵一发而动全身，德军全线崩溃，撤出该地区，9月3日，苏联*队军**到达了第聂伯河东岸。
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，他们在德军防线上一个防御薄弱地带的攻击，改变了德军以前所有的计划。
9月4日，经过详细侦察，苏军一个出人意料的进攻，占领并控制了布良斯克以北杜霍夫希纳地区的一段丘陵地带，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。
德军在斯摩棱斯克全线撤退
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，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，苏军数个步兵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日至9月14日的一个星期，苏军再次得到增援，并正准备再次进攻。
苏联最高统帅部的目标是斯摩棱斯克、维捷布斯克和奥尔沙等城市。9月14日，斯摩棱斯克-罗斯拉夫尔进攻行动，由加里宁方面军的左翼和西方面军共同实施，经过初步炮击后，苏军试图冲破德军的防线。
在加里宁方面军的进攻区域，红军在日终前，形成了一个30公里宽，3至13公里深的突出部。
经过4天的战斗，苏军数个步兵师攻占了斯摩棱斯克前面，另一个重要城市杜霍夫希纳。
在西方面军的进攻区域，攻势比加里宁方面军晚一天展开，他们也成功地取得突破，发展出一个20公里宽和10公里深的突出部。
斯摩棱斯克前线的苏军炮兵阵地
同一天，在亚尔采沃，一个在斯摩棱斯克附近重要的铁路枢纽，被苏军解放。
在西方面军的左翼，苏军数个步兵师到达杰斯纳河进行渡河攻击，并在河西岸建立了若干桥头堡。
这样的结果，使得德军防守斯摩棱斯克的防线被超越，苏军包围了该市的德军部队。
斯摩棱斯克战役时的德国第4集团军的参谋总长及后来第4集团军的司令库尔特·冯·蒂普尔斯克瑞奇默斯，这样写道：
“苏联西方面军攻击在多罗戈布日- 叶利尼亚防线的中央集团军群左翼，目的是向斯摩棱斯克方向实施突破。显然清楚的是，保卫东面德国第9集团军的突出部不能再坚守。”
9月19日，苏军在德军的防线上打开了250公里长和40公里宽的缺口。
第二天，苏联最高统帅部命令西方面军在9月27日到达斯摩棱斯克，然后着手向奥尔沙和莫吉廖夫前进，而加里宁方面军被命令在10月10日前攻占维捷布斯克。
9月25日，在渡过北第聂伯河和持续整个晚上的巷战后，苏军完成了解放斯摩棱斯克的任务。
就在同一天，另一个重要城市罗斯拉夫尔亦被收复，不过，到9月30日，苏军进攻部队已经疲倦和枯竭，并在维捷布斯克、奥尔沙和莫吉廖夫外围陷入困境，这些地方仍被德军坚守。
10月2日，斯摩棱斯克战役结束。在接下来的后续行动中，苏军经过两天的巷战，还成功收复涅韦尔。
斯摩棱斯克战役是苏军一次决定性的胜利，同时，伴随着德军惨痛的失败。虽然只取得不超过200-250公里纵深之地区，但是意义非凡。
首先，德军最终从莫斯科地区被击退，这一战略性的威胁，是苏联最高统帅部自1941年以来最大的担忧，如今终于被解除。
其次，德军所依赖的环形防线，几乎完全被击破，虽然有少部分仍然存在，但是支离破碎，很明显，他们将不能被持续坚守。
战争结束后，由几个德国军官写的一篇文章中说道：
虽然指挥官及部队严紧的执行行动容许德国保持连续的战线，但毫无疑问，部队的条件很恶劣，完全缺乏预备队，并不可避免的延长个别作战单位的防线，从而隐藏了危险，在苏军下一个主要攻击中，这一拼凑起来的防线难免崩溃。
第三，斯摩棱斯克行动是下第聂伯河攻势一个重要支撑，它将德军40至55个师牵制在斯摩棱斯克及附近及地区，防止将其转移至南部战线。
最后，德军这条坚固的防线，被巨大及难以通行的普里皮亚季沼泽分开，将“南方”集团军群从其北面的友军分割出来，从而大大减少了德军从战线其中一个地区调动部队和补给品到其它地区的能力。
在斯摩棱斯克，苏军第一次收复被德军占领很长一段时间的领土，并且，发现了武装*党**卫队、特别行动队及德军的战争罪行。
在斯摩棱斯克战役中被解放的地区（被占领了近两年）中，几乎所有的工业和农业都消失。
在斯摩棱斯克州本身，几乎百分之八十的城市和百分之五十的农村生活空间还有众多的工厂和县市已被摧毁。
斯摩棱斯克战役之后，苏德战线的中央部分再次稳定了数个月。