Брянский фронт (командующий генерал М. М. Попов) должен был нанести главный удар войсками 3-й и 63-й армий из района Новосиль на Орёл, а вспомогательный -- силами 61-й армии на Болхов.[21]

Центральный фронт имел задачу ликвидировать вклинившуюся группировку противника севернее Ольховатки, в последующем развивать удар на Кромы и во взаимодействии с войсками Западного и Брянского фронтов завершить разгром противника в орловском выступе.[22]

Подготовка операции во фронтах проводилась с учётом того, что им предстояло впервые прорвать подготовленную и глубоко эшелонированную оборону противника и развить тактический успех в высоких темпах. Для этого осуществлялось решительное массирование сил и средств, глубже эшелонировались боевые порядки войск, в армиях создавались эшелоны развития успеха в составе одного-двух танковых корпусов, наступление предусматривалось вести днём и ночью.

Например, при общей ширине полосы наступления 11-й гвардейской армии 36 км решительное массирование сил и средств было достигнуто на 14-километровом участке прорыва, что обеспечило рост оперативно-тактических плотностей. Средняя плотность артиллерии на участке прорыва армии достигала 185, а в 8-м гвардейском стрелковом корпусе -- 232 орудий и миномётов на 1 км фронта. Если полосы наступления дивизий в контрнаступлении под Сталинградом колебались в пределах 5 км, то в 8-м гвардейском стрелковом полку они были сужены до 2 км. Новым по сравнению с контрнаступлением под Сталинградом было и то, что боевой порядок стрелковых корпусов, дивизий, полков и батальонов строился, как правило, в два, а иногда и в три эшелона. Это обеспечивало наращивание силы удара из глубины и своевременное развитие наметившегося успеха.[23]

Характерным в использовании артиллерии являлось создание в армиях артиллерийских групп разрушения и дальнего действия, групп гвардейских миномётов и зенитно-артиллерийских групп. В графике артиллерийской подготовки в некоторых армиях стал предусматриваться период пристрелки и разрушения.

Произошли изменения в использовании танков. В состав танковых групп непосредственной поддержки пехоты (НПП) впервые были включены полки самоходной артиллерии, которые должны были наступать за танками и поддерживать их действия огнём своих орудий. При этом в некоторых армиях танки НПП придавались не только стрелковым дивизиям первого, но и второго эшелона корпуса. Танковые корпуса составляли подвижные группы армий, а танковые армии намечалось впервые использовать как подвижные группы фронтов.

Боевые действия наших войск должны были поддержать более 3 тыс. самолётов 1, 15 и 16-й воздушных армий (командующие генералы М. М. Громов, Н. Ф. Науменко, С. И. Руденко) Западного, Брянского и Центрального фронтов, а также авиация дальнего действия.[24]

На авиацию возлагались задачи: прикрыть войска ударных группировок фронтов в ходе подготовки и ведения операций; подавить узлы сопротивления на переднем крае и в ближайшей глубине и нарушить систему управления войсками противника на период авиационной подготовки; с началом атаки непрерывно сопровождать пехоту и танки; обеспечить ввод в сражение танковых соединений и их действия в оперативной глубине; вести борьбу с подходящими резервами противника.

Контрнаступлению предшествовала большая подготовительная работа. Во всех фронтах были хорошо оборудованы исходные районы для наступления, осуществлена перегруппировка войск, созданы большие запасы материально-технических средств. За сутки до наступления во фронтах была проведена разведка боем передовыми батальонами, которая позволила уточнить истинное начертание переднего края обороны противника, а на отдельных участках -- захватить переднюю траншею.

Утром 12 июля после мощной авиационной и артиллерийской подготовки, продолжавшейся около трёх часов, войска Западного и Брянского фронтов перешли в наступление. Наибольший успех был достигнут на направлении главного удара Западного фронта. К середине дня войска 11-й гвардейской армии (командующий генерал И. Х. Баграмян), благодаря своевременному вводу в бой вторых эшелонов стрелковых полков, отдельных танковых бригад, прорвали главную полосу обороны противника и форсировали реку Фомина. Чтобы быстрее завершить прорыв тактической зоны противника, во второй половине дня 12 июля в сражение был введён в направлении на Болхов 5-й танковый корпус. С утра второго дня операции в бой вступили вторые эшелоны стрелковых корпусов, которые совместно с танковыми частями, обходя сильные опорные пункты врага, при активной поддержке артиллерии и авиации к середине 13 июля завершили прорыв второй полосы его обороны.[25]

После завершения прорыва тактической зоны обороны противника 5-й танковый корпус и введённый в прорыв правее его 1-й танковый корпус совместно с передовыми отрядами стрелковых соединений перешли к преследованию врага. К утру 15 июля они вышли к реке Вытебеть и с ходу форсировали её, а к исходу следующего дня перерезали дорогу Болхов -- Хотынец. Чтобы задержать их продвижение, противник подтянул резервы и нанёс ряд контрударов.[26]

В этой обстановке командующий 11-й гвардейской армией перегруппировал с левого фланга армии 36-й гвардейский стрелковый корпус и выдвинул сюда переданный из резерва фронта 25-й танковый корпус. Отразив контрудары противника, войска 11-й гвардейской армии возобновили наступление и к 19 июля продвинулись до 60 км, расширив прорыв до 120 км и охватив левый фланг болховской группировки врага с юго-запада.[27]

С целью развития операции Ставка ВГК усилила западный фронт 11-й армией (командующий генерал И. И. Федюнинский). После длительного марша армия 20 июля в неполном составе с ходу была введена в сражение в стык между 50-й и 11-й гвардейской армиями в направлении Хвостовичи. За пять дней она сломила упорное сопротивление противника и продвинулась на 15 км.[28]

Чтобы окончательно разгромить врага и развить наступление, командующий Западным фронтом в середине дня 26 июля ввёл в сражение в полосе 11-й гвардейской армии переданную ему из резерва Ставки 4-ю танковую армию (командующий генерал В. М. Баданов).[29]

Имея оперативное построение в два эшелона, 4-я танковая армия после непродолжительной артиллерийской подготовки при поддержке авиации перешла в наступление на Болхов, а затем нанесла удар на Хотынец и Карачев. За пять дней она продвинулась на 12 -- 20 км. Ей пришлось прорвать заранее занятые вражескими войсками промежуточные оборонительные рубежи. Своими действиями 4-я танковая армия способствовала 61-й армии Брянского фронта в освобождении г. Болхова.[30]

30 июля войска левого крыла Западного фронта (11-я гвардейская, 4-я танковая, 11-я армии и 2-й гвардейский кавалерийский корпус) в связи с подготовкой Смоленской наступательной операции были переданы в подчинение Брянского фронта.

Наступление Брянского фронта развивалось значительно медленнее, чем Западного. Войска 61-й армии под командованием генерала П. А. Белова совместно с 20-м танковым корпусом прорвали оборону противника и, отражая его контратаки, 29 июля освободили Болхов.

Войска 3-й и 63-й армий с введённым в сражение в середине второго дня наступления 1-м гвардейским танковым корпусом к исходу 13 июля завершили прорыв тактической зоны обороны врага. К 18 июля они подошли к реке Олешня, где на тыловом оборонительном рубеже встретили ожесточённое сопротивление противника.

В целях ускорения разгрома орловской группировки врага Ставка ВГК передала Брянскому фронту из своего резерва 3-ю гвардейскую танковую армию (командующий генерал П. С. Рыбалко). Утром 19 июля она при поддержке соединений 1-й и 15-й воздушных армий и дальней авиации перешла в наступление с рубежа Богданово, Подмаслово и, отразив сильные контратаки противника, к исходу дня прорвала его оборону на реке Олешня. В ночь на 20 июля танковая армия, осуществив перегруппировку, нанесла удар в направлении Отрады, содействовав Брянскому фронту в разгроме мценской группировки врага. С утра 21 июля, после перегруппировки сил, армия нанесла удар на Становой Колодезь и 26 июля овладела им. На следующий день она была передана Центральному фронту. )