Учитывая, что подступы к городу и сам Болхов были так сильно укреплены, фронтальная атака с ходу не могла обеспечить успеха. Поэтому командующий 61-й А генерал Белов решил взять город сходящимися ударами, охватив его с трех сторон во взаимодействии с войсками 11-й гв. А. Согласно этому решению, 356, 97 и 415-я стрелковые дивизии 46-го ск генерала Эрастова, подошедшие к Болхову с севера и востока, получили задачу наступать на город от Скупшинино, от Морозово, с рубежа Новолутовинский – Бекетово. Для завершения окружения болховской группировки немцев и ее полной изоляции от войск противника, действовавших в районе Орла, на левом крыле 61-й А была создана группа в составе 76-й гвардейской, 110-й и 336-й стрелковых дивизий, усиленных 37-й отдельной легкой артбригадой и гвардейским минполком. Эта группа, возглавляемая заместителем командующего 61-й А генералом Григорием Халюзиным (бывший командующий 48-й А, снятый с должности в феврале 1943 года за неудачное наступление на Орел), должна была наступать с рубежа Анчаково – Тельчье в общем направлении Петрищево – Самарка, выйти в тыл противнику южнее Болхова, перерезать сообщение Болхов – Орел, а затем уничтожить болховскую группировку противника совместно с войсками 46-го ск и левого крыла 11-й гв. А. С выходом группы на шоссе Болхов – Орел в ее состав включался 20-й тк (к началу боев за Болхов в корпусе осталось 13 боеготовых танков, сведенных вместе в составе 155-й тбр под командованием полковника Белочкина [296] ). После уничтожения противника в районе Болхова группу генерала Халюзина предполагалось использовать с целью охвата орловской группировки немецких войск с северо-запада, для чего повернуть ее на юг и развивать удар в общем направлении на Щербачево. Гвардейскому 9-му стрелковому корпусу 61-й А, ослабленному длительными напряженными боями, было приказано передать 76-ю гв. сд в группу генерала Халюзина, а остальными силами закрепиться на занимаемых рубежах.
С другой стороны, командование немецкого 53-го ак 2-й ТА готовилось к отводу своих сил из Болховского укрепленного района, рассчитывая задержать наступление противника действиями арьергардных отрядов на подступах к Болхову и сопротивлением гарнизона внутри городских укреплений. Для обороны укрепленного обвода города, западных и северозападных подступов к нему, а также удержания проходящего здесь участка дороги Болхов – Хотынец – основной коммуникации и главного пути отхода болховской группировки немецких войск, была создана корпусная оперативная группа из частей 208-й пехотной, 25-й моторизованной и 18-й танковой дивизий, возглавляемая командиром 18-й тд генералом Карлом Шлибеном (Karl-Wilhelm Schlieben). Для обороны восточных и юго-восточных подступов к Болхову и прикрытия шоссе Болхов – Орел командование 53-го ак образовало еще одну оперативную группу, в которую вошли части 112-й и 26-й пехотных дивизий под общим управлением командира 26-й пд генерала Фридриха Визе (Friedrich Wiese). В самом городе оборонялись 511-й гп 208-й пд, 253-й гп 34-й пд и 350-й охранный полк, усиленные батареями 270-го батальона штурмовых орудий [297] .
22 июля войска 61-й А после сильной артиллерийской и авиационной подготовки начали штурм Болхова. Для этого были задействованы три стрелковые дивизии и одна стрелковая бригада (68-я) 46-го ск, 7-й акп РГК (17-я артдивизия прорыва под командованием генерала Сергея Волкенштейна и 2-я тяжелая гв. миндивизия генерала Александра Тверецкого), 2-я штурмовая инженерно-саперная бригада, отдельные 36-й тп и 1539-й тяжелый сап [298] . Преодолевая упорное сопротивление хорошо закрепившихся немецких частей, 356-я дивизия полковника Михаила Григорьевича Макарова подошла к северной окраине города, 97-я дивизия генерала Петра Михайловича Давыдова ворвалась на его северо-восточную окраину, 415-я дивизия полковника Николая Кузьмича Масленникова завязала бои на юго-востоке Болхова. Противник, используя хорошо подготовленные для обороны здания и укрепления, везде оказывал сильное сопротивление, неоднократно переходя в контратаки, завязались уличные бои, во время которых отдельные кварталы города и его пригороды по несколько раз переходили из рук в руки. Особенно ожесточенное сопротивление немцы оказывали в центре и на юго-восточной окраине города, отдельные кварталы многократно переходили из рук в руки. 23 июля немцам удалось сильной контратакой выбить советские части из юго-восточного предместья Болхова – Зарецкой, однако под непрерывно усиливающимся натиском они вновь оставили Зарецкую и отступили в черту города.
Вместе с тем под прикрытием упорных боев за Болхов германские войска постепенно отходили из этого укрепленного района, используя линии сообщений Болхов – Орел (12-я тд) и Болхов – Хотынец (пехотные части и соединения). Теперь, чтобы не упустить возможность окружения и разгрома болховской группировки немцев и не позволить им создать резервы и перебросить силы на угрожаемые участки, советскому командованию требовалось оперативно организовать еще один сильный удар по противнику, используя поступившие в его распоряжение большие резервы – 4-ю танковую армию и 2-й гв. кк.
24 июля на командном пункте 11-й гв. А состоялось обсуждение ввода в бой 4-й ТА. По утверждению Баграмяна [299] , генерал Соколовский решил, что танковая армия, в составе которой насчитывалось около 500 боевых машин (по другим, более достоверным данным [300] , 624 танка и 28 САУ), должна быть использована для наступления на Болхов, хотя сам Баграмян предлагал ввести армию на Хотынецком направлении, которое стало решающим и где имелись лучшие условия для действия танков. Кроме того, в своих воспоминаниях Баграмян отмечает, что он сомневался, разумно ли вводить в сражение такую массу танков без соответствующей подготовки и обеспечения прорыва, поскольку они могут быть задержаны обороной противника и понесут неоправданные потери. Поэтому командование 11-й гв. А запросило несколько дней на подготовку ввода 4-й ТА в полосе 8-го гв. ск. Однако теперь уже командующий 4-й ТА генерал Василий Баданов стал горячо доказывать, что танковая армия может самостоятельно прорвать оборону и разгромить противника. Поскольку его мнение соответствовало замыслу командующего ЗапФ, окончательно было решено вводить танковую армию на Болховском направлении с ходу (с задачей продвинуться за первый день на 60 км, чтобы соединиться с частями 61-й А БрФ и окружить Болхов [301] ).Как видно, следуя примеру многих мемуаристов, всю ответственность за организацию наступления 4-й ТА Баграмян предпочел возложить на командующего армией генерала Баданова и командующего ЗапФ генерала Соколовского. Свое изложение событий Баграмян даже подкрепил ссылкой на авторитет маршала Жукова, который впоследствии якобы обсуждал с ним причины не совсем удачных действий 4-й ТА и выразил мнение, что решение на ее ввод в бой могло быть и получше [302] .
На Орловском направлении германские пехотные и танковые соединения 35-го ак 2-й ТА в ночь на 20 июля начали отход в западном направлении на рубеж рек Ока и Оптуха, и в юго-западном – на рубеж реки Оптушка. Генерал Рендулич отмечает [303] , что в ночь с 19 на 20 июля все намеченные передвижения войск корпуса проводились планомерно, без серьезных помех со стороны противника. Однако, по другим данным [304] , в течение этой ночи бригады 12-го тк 3-й гв. ТА, преследовавшие вражеские арьергарды, продвинулись еще на 10–15 км, причем 30-я тбр под командованием подполковника Михаила Новохатько перерезала железную дорогу Орел – Елец и овладела поселком Золотарево, а 97-я тбр полковника Потапова завязала бой за населенный пункт Степь; бригады 15-го тк в ночь на 20 июля вели бои на рубеже Майский – Казинка – Огурчики, но из-за сильного сопротивления частей 8-й тд противника продвижения не имели. Авиация 15-й ВА наносила сильные удары по путям отхода противника и его переправам через реку Ока.
К утру 20 июля войска 3-й гв. ТА полностью преодолели оборонительный рубеж противника по реке Олешня, оттеснили занимавшие его части трех пехотных и двух танковых дивизий и продвинулись в западном направлении на 10–12 км, а в юго-западном – до 20 км, способствуя наступлению 3-й и 63-й армий. В связи с этим, учитывая, что наступление 3-й гв. ТА на Становой Колодезь, а войск ЦФ на Кромы не получило необходимого развития, Ставка Верховного главнокомандования решила в первую очередь разгромить отступающую на Орел мценскую группировку. Действуя по указаниям Ставки, командующий БрФ приказал командующему 3-й гв. ТА развернуть войска почти под прямым углом и с утра 20 июля наступать в северо-западном направлении с задачей к исходу дня выйти в район Отрада (Старая Отрада), где перерезать шоссейную и железную дороги Орел – Мценск, а 21 июля ударом на Мценск завершить уничтожение мценской группировки и овладеть городом Мценском.