3 октября
Глубина продвижения немецких войск в полосе Западного фронта составила до 50 км, Резервного – до 80 км. Командованием Западного фронта для ликвидации прорыва противника в полосе 30-й армии была создана оперативная группа Болдина (152-я стрелковая дивизия, 111-я мотострелковая дивизия, 126-я и 128-я танковые бригады). Контрудар, нанесенный 4–5 октября в районе Холм-Жирковского по наступающим соединениям немецкой 3-й танковой группы (31-й и 56-й механизированные корпуса), был отражен и требуемых результатов не достиг.
4 октября
На Рославльском направлении немецкая 4-я армия с 4-й танковой группой, тесня соединения и части 43-й и 33-й армий Резервного фронта, вышли на рубеж Ельня – Спас-Деменск – Мосальск. К исходу 4 октября противник глубоко охватил группировку из 19-й, 16-й, 20-й армий Западного фронта и 32-й, 24-й и 43-й армий Резервного фронта. Создалась реальная угроза выхода танковых частей противника в район Вязьмы с севера и юга.
5 октября
Ставка ВГК утвердила решение командующего войсками Западного фронта об отводе войск на Ржевско-Вяземский оборонительный рубеж, переподчинив 31-ю и 32-ю армии Западному фронту. Однако отвод войск в условиях ожесточенных боев и частичной потери управления осуществить не удалось. Успело отойти управление 16-й армии, передавшее войска 20-й и 19-й армиям, с задачей организации обороны в районе Вязьмы.
7 октября
Противник силами 56-го механизированного корпуса 3-й танковой группы с севера, 46-го и 40-го механизированных корпусов 4-й танковой группы с юга и востока прорвался к Вязьме и окружил 19 стрелковых дивизий, 4 танковые бригады 19-й, 20-й, 24-й, 32-й армий и группы Болдина, образовавших так называемый Вяземский котел. Окруженные войска вели в районе Вязьмы упорные бои до 13 октября, сковав значительные силы противника. Часть их, 12 октября прорвав фронт окружения, с боями вышла на Можайскую линию обороны. Правое крыло Западного фронта (22-я, 29-я и 31-я армии) к 10 октября заняло рубеж Осташков – Ельцы – Сычевка, передав на Можайскую линию обороны семь дивизий.
10 октября
3-я танковая группа и 9-я армия немецкой группы армий «Центр» перешли в наступление на Ржев и Калинин. 16-я, 5-я, 43, 49-я и 33-я армии Западного фронта завязали бои с основными силами группы армий «Центр» под Калугой и Малоярославцем.