Для наступления были созданы три группы войск: правая в составе 3-го танкового корпуса, 324-й стрелковой дивизии и 105-й стрелковой бригады под общим командованием генерала Д.К. Мостовенко; центральная под командованием генерала Копцова в составе 15-го танкового корпуса и 154-й стрелковой дивизии, усиленных двумя гвардейскими минометными полками, истребительно-противотанковым полком и понтонно-мостовым батальоном; левая под командованием генерала Богданова в составе 12-го танкового корпуса и 264-й стрелковой дивизии, усиленных гвардейским минометным полком и понтонно-мостовым батальоном. Во втором эшелоне находилась 1-я гвардейская мотострелковая дивизия, а в резерве — 179-я танковая бригада и части усиления.

Группа войск Копцова получила задачу наступать в направлении Мешалкино, Мызин, Марьино, Белый Верх с ближайшей задачей разгромить противостоящего противника, форсировать Вытебеть и захватить плацдарм на ее западном берегу. В дальнейшем группа должна была во взаимодействии с Северной группой 61-й армии и ударной группой 16-й армии окружить и уничтожить противника в районе Тростянка, Перестряж, Белый Верх. Группе войск Богданова было приказано наступать в направлении Озерна, Госькова, Сорокино, Обухово, Старица. Ближайшая задача — форсировать Вытебеть, в дальнейшем во взаимодействии с группой Копцова окружить и уничтожить немцев в районе Мединцево, Старица. Фактически обеим ударным группам в полосе предстоящего удара противостояла только 26-я пехотная дивизия. 3-й танковый корпус наносил удар во взаимодействии с войсками Баграмяна на Куманово, Волосово.

1-я гвардейская мотострелковая дивизия должна была наступать за группой войск Богданова и, после того как 264-я стрелковая дивизия овладеет Сорокино, вступить в бой из-за ее левого фланга и наступать на Красногорье, обеспечивая главные силы армии от ударов противника с юга.

Всего в полосе 3-й танковой армии против двух немецких пехотных дивизий было сосредоточено 60 852 человека, 512 танков и 168 бронемашин, 861 орудие и миномет, 72 установки РС.

Утром 22 августа после артиллерийской и авиационной подготовки 16-я, 61-я общевойсковые и 3-я танковая армии перешли в наступление. Стрелковые дивизии, наступавшие в первом эшелоне, сравнительно легко овладели первой позицией, но на второй линии встретили упорное сопротивление, и темп продвижения резко замедлился. Стало ясно, что одним стрелковым дивизиям не под силу прорвать оборону и создать условия для ввода в прорыв танковых войск.

Для наращивания их удара по приказу Жукова в сражение были введены танковые корпуса. Соединения 12-го танкового корпуса обогнали боевые порядки 264-й стрелковой дивизии полковника Н.М. Маковчука и атакой с ходу овладели Госьковом — крупным узлом сопротивления противника. Здесь корпус вынужден был остановиться, чтобы отразить контратаки противника, поддержанные активными действиями авиации, причем «гитлеровских самолетов было так много, что они буквально охотились за одиночными автомашинами, танками и мелкими группами бойцов». Бои на этом направлении приняли затяжной характер.

В 12 часов поступило донесение о том, что 3-й танковый корпус овладел Сметскими Выселками и успешно продвигается на запад. Учитывая, что продвижение на главном направлении приостановилось, командующий фронтом приказал перебросить сюда 15-й танковый корпус, а также ввести в бой 1-ю гвардейскую мотострелковую дивизию и развить успех. Пролетарской дивизией командовал генерал-майор В.А. Ревякин — человек больших «военных дарований», бывший комендант Москвы, тот самый, который предлагал в октябре 1941 года посыпать улицы столицы взрывчаткой, чтобы на ней взрывались немецкие танки.

15-му танковому корпусу было приказано наступать на Слободку, Белый Верх, а мотострелковой дивизии — на Сметскую, Жуково. Перегруппировавшись, корпус Копцова повел наступление на запад, но был сразу же остановлен противником. Танкисты ввязались в затяжные бои, медленно преодолевая лесные завалы и минные поля.

154-я и 264-я стрелковые дивизии и 12-й танковый корпус, овладев Озеренским, Озерной и Госьково, вели упорные бои южнее этих населенных пунктов. Южная группа 61-й армии успеха вовсе не имела. В течение 23–25 августа советские войска медленно продвигались, преодолевая упорное сопротивление противника.

Только к исходу 25 августа 15-й танковый корпус, 1-я мотострелковая и один полк 154-й стрелковой дивизии очистили от врага леса восточнее Вытебети и вышли к реке. Однако форсировать ее не удалось. 12-й танковый корпус, 154-я и 264-я стрелковые дивизии, наступавшие на левом фланге, существенного успеха в эти дни не имели. Лишь на отдельных направлениях им удалось продвинуться на глубину до 1–1,5 км. Южная группа войск 61-й армии, как и в первый день наступления, успеха также не имела. Главной причиной медленного наступления наших войск и в эти дни было господство вражеской авиации.

Чтобы сломить сопротивление 26-й пехотной дивизии, генерал Романенко в ночь на 26 августа приказал вывести из боя и перегруппировать 15-й танковый корпус из района Жуково в леса 3 км западнее Мызина, а затем совместно со 154-й стрелковой дивизией нанести удар на Сорокино и во взаимодействии с 12-м танковым корпусом овладеть этим населенным пунктом.

Совершив 15-километровый марш, корпус Копцова на рассвете 26 августа перешел в наступление. Но и здесь успеха не добился, так как на его пути находился лесной массив, не позволивший развернуться в боевой порядок и маневрировать на поле боя. Успеха не имели также 12-й танковый корпус и 264-я стрелковая дивизия, так как против них германское командование бросило главные силы 11-й танковой дивизии, а также подошедшую из глубины 20-ю танковую дивизию, которые стремились овладеть Госьково. Для отражения удара была введена в бой 179-я танковая бригада комбрига С.Я. Денисова.

К исходу 27 августа все контратаки противника с юга были отражены 12-м танковым корпусом, 264-й стрелковой дивизией, 179-й танковой бригадой и Южной группой 61-й армии. Поэтому в ночь на 28 августа 15-й танковый корпус из района Мызина был перегруппирован в район Пакома с задачей совместно с 12-й гвардейской стрелковой дивизией сломить сопротивление врага в районе Леоново, а затем развить успех в направлении населенного пункта Уколицы и выйти в тыл группировке противника, оказавшей сопротивление 154-й и 264-й стрелковым дивизиям и 12-му танковому корпусу в районе Богдановка и Госьково. Корпусу Богданова было приказано наступать на Богдановку, Сорокино, а 264-й стрелковой дивизии на Марковку, Сорокино.

Во второй половине дня 28 августа 15-й танковый корпус, имея в первом эшелоне все бригады, после 30-минутной артподготовки и ударов штурмовой авиации без подготовки и разведки местности и противника перешел в наступление. Но сразу же наткнулся на сплошной противотанковый ров, прикрытый минными полями и огнем артиллерии, и вынужден был остановиться. В ночь на 29 августа саперами и мотострелками в противотанковом рве были проделаны проходы, и на рассвете наступление корпуса возобновилось. Но через 200–300 м оказался второй такой же противотанковый ров. В течение дня танкисты вели огневой бой с противником, но преодолеть ров не смогли.

В ночь на 30 августа 15-й танковый корпус был выведен из боя и к утру сосредоточился в лесу 1 км южнее Мешалкино в готовности совместно с 12-м танковым корпусом и 264-й стрелковой дивизией утром 30 августа нанести удар в юго-западном направлении и овладеть населенным пунктом Сорокине.