Войскам левого крыла Калининского фронта предстояло разгромить группировку противника в районе Духовщина, Демидов и развивать наступление в общем направлении Рудня, Витебск.

Командующий Калининским фронтом решил силами 39-й и 43-й армий 14 сентября возобновить наступление. Основные усилия сосредоточивались в полосе наступления 39-й армии в общем направлении Береснево, Духовщина. По решению командующего 39-й армией главный удар наносился на Духовщину силами 84-го и 2-го гвардейского стрелковых корпусов и подвижной группой армии в составе четырех танковых бригад. Ширина участка прорыва армии равнялась 9 км.

Тактическая плотность на направлении главного удара достигала 4½ батальона, 128 орудий и минометов (калибра 76 мм и выше) и 24 танка. Смена и выход частей в исходное положение для наступления планировались в ночь перед атакой, то есть в ночь на 14 сентября.

В соответствии с принятыми решениями наступательные действия войск Калининского и Западного фронтов были возобновлены 14—15 сентября.

В 10 час. 20 мин. 14 сентября после артиллерийской подготовки, продолжавшейся 1 час 20 мин., войска 39-й и левого фланга 43-й армий перешли в наступление. В итоге первого дня боев оборона противника на направлении главного удара была прорвана. Войска фронта продвинулись на глубину от 3 до 13 км, расширив прорыв до 30 км.

В ночь на 19 сентября войска 39-й армии, которой командовал в это время генерал-лейтенант Берзарин Н. Э., овладели важным опорным пунктом обороны противника на путях к Смоленску— г. Духовщина.

Войска Западного фронта возобновили наступление 15 сентября. В первый же день оборона противника была прорвана на всех направлениях. 16 сентября на направлении главного удара прорыв был расширен до 20 км по фронту и до 10 км в глубину. В этот же день войска 31-й армии овладели важным опорным пунктом обороны немецко-фашистских войск на путях к Смоленску — городом и железнодорожной станцией Ярцево, а на левом крыле фронта соединения 10-й армии форсировали р. Десна.

Развивая успех, войска Калининского и Западного фронтов уже 19 сентября вели наступление в полосе около 250 км, причем наибольший успех был достигнут на направлении главного удара Западного фронта, где войска за пять дней наступления продвинулись на глубину до 40 км.

20 сентября Ставка Верховного Главнокомандования директивой № 30193 поставила перед войсками Западного фронта задачу: продолжать наступление, разгромить отходившую группировку противника и 26—27 сентября овладеть г. Смоленск; к тому же времени войскам левого крыла фронта было приказано занять Починок, Рославль и выйти на рубеж: р. Сож, Хиславичи, Шумяни; в дальнейшем главной группировке фронта ставилась задача наступать в общем направлении на Орша и 10—12 октября овладеть районом Орша, Могилев.

Калининскому фронту директивой № 30192 от 20 сентября Ставка Верховного Главнокомандования приказала основные усилия войск левого крыла фронта сосредоточить на овладении г. Витебск. К 26—27 сентября войска должны были выйти на рубеж Понизовье, Пунищи, Каспля, Архиповка и не позднее 9—10 октября овладеть Витебском.

Выполняя указания Ставки Верховного Главнокомандования, войска обоих фронтов продолжали успешно развивать наступление.

Войска Калининского фронта 21 сентября силами 43-й армии под командованием генерал-лейтенанта Голубева К. Д. овладели мощным узлом обороны противника на путях к Витебску — г. Демидов, охватив группировку противника, находившуюся в районе Смоленска, с севера. В связи с этим противник начал отводить свои войска, действовавшие перед левым крылом фронта. Успешно продвигаясь, войска. Калининского фронта к 24 сентября вышли на рубеж 15 км юго-Западнее Велиж, р. Каспля, Демидов, 10 км севернее Смоленска.

Ударная группировка войск Западного фронта 23 сентября перерезала железную дорогу Смоленск — Рославль, а 24 сентября вышла к р. Сож, охватив группировку противника в районе Смоленска с юга. К этому времени войска 10-й армии ворвались в г. Рославль. и завязали уличные бои.

В следующие дни наступление наших войск продолжалось. Преодолев сопротивление противника на подступах к Смоленску, войска правого крыла Западного фронта (31, 5 и 68-я армии) ночной атакой с северо-востока и юго-запада к 3 час. 30 мин. 25 сентября освободили крупный областной центр — г. Смоленск — важнейший узел обороны врага на западном направлении.

В тот же день на левом крыле Западного фронта войска 10-й армии сломили сопротивление противника и овладели оперативно важным узлом коммуникаций и опорным пунктом обороны немецко-фашистских войск — г. Рославль.

Противник, лишившись важных для него узлов обороны — Смоленска, Рославля, Демидова, стремился задержать наступление наших войск на промежуточных рубежах. Однако войска Калининского и Западного фронтов продолжали неотступно преследовать врага.

За период с 20 по 25 сентября на всем фронте наступления советские войска продвинулись на 40—60 км.

К 30 сентября войска левого крыла и центра Калининского фронта вышли на рубеж Усвяты, Рудня. Дальнейшие попытки наших войск продолжать наступление на витебском направлении успеха не имели.

Войска Западного фронта с хода форсировали р. Сож, освободили города Красный, Мстиславль, Кричев и к 2 октября вышли на рубеж Елисеевка, Ляды (зап.), Ленино, Дрибин и далее на юг по р. Проня до Петуховка.

Наступление войск левого крыла Западного фронта на рославльском направлении осуществлялось в тесном взаимодействии с войсками Брянского фронта, проводивших в это время Брянскую наступательную операцию. В середине сентября войска Брянского фронта форсировали р. Десна, а 17 сентября освободили Брянск и Бежицу. К 30 сентября они вышли на рубеж Кричев, Ветка, а к 2 октября к р. Проня на участке от Петуховка до Пропойск (ныне Славгород) и далее по левому берегу р. Сож.