В боевых порядках этих частей была поставлена зенитная артиллерия 732 полка ПВО, оборонявшего Тулу (командир полка М.Т. Бондаренко, комиссар Г.И. Морозкин). Зенитная артиллерия как противотанковая стояла на Орловском, Воронежском, Одоевском, Калужском, Алексинском шоссе и была эшелонирована в глубину города. На северной окраине города были боевые позиции 447 полка АРГК – десять 152-мм пушек (командир Маврин А.А.). На железнодорожных путях оружейного завода маневрировал бронепоезд №16 (командир Коржевский, комиссар Кирилюк). На южной окраине города в районе парка культуры был 702 противотанковый полк, имевший семь 37-мм пушек. 108 танковая дивизия имела три неисправных танка Т-26, которые были поставлены на ремонт на патронном заводе, а танкистов без танков в бой не вводили.
Немцы 29 октября заняли Щекино и начали наступать на наш рубеж обороны в районе Ясной Поляны. Командованием 50-й армии, прибывшим в район Тулы в ночь на 26 октября, было приказано этот рубеж защищать силами 290-й стрелковой дивизии (командир Н.В. Рякин, комиссар Ф.А. Лаврентьев), в которой было 1500 человек бойцов, но не было ни одного артиллерийского орудия. В момент наступления немецких танков эта дивизия без приказа оставила боевой рубеж и в ночь на 30 октября оказалась на станции Нижние Присады в 18 километрах северо-восточнее Тулы. 31-я кавалерийская дивизия 29 октября в то же время, что и 290-я стрелковая дивизия, ушла с Косой Горы от завода и из поселка и ночью 30 октября была в районе штаба 50-й армии, расположенного восточнее Медвенского совхоза: в 12 километрах северо-восточнее Тулы.
Ясная Поляна, металлургический завод и поселок Косая Гора, Ивановские дачи, деревня Ново-Басово, станция Подземгаз были в 16–18 часов 29 октября заняты немцами. Противник стал непосредственно у стен города, всю ночь на 30 октября готовился к штурму. Вражеская авиация, 27 пикирующих бомбардировщиков, в 16–17 часов 29 октября бомбила позиции рабочего полка, полка НКВД, позиции зенитной артиллерии, но войска стояли на занимаемом рубеже.
30 октября с 7 часов утра немецко-фашистская артиллерия и минометы открыли интенсивный огонь по переднему краю нашей обороны и по городу. Затем пошли в атаку танки и мотопехота.
Главные удары фашисты наносили в этот день по Орловскому шоссе, Рогожинскому поселку и Воронежскому шоссе. Все атаки, повторявшиеся в течение дня 4 раза, несмотря на бешеный натиск, особенно по Орловскому шоссе, где одновременно атаковало до 50 танков, были отбиты.