31 июля генерал Модель начал поэтапный отвод 9-й и 2-й танковой армий из Орловского выступа. Первым отступление противника обнаружил генерал Горбатов, имевший плацдарм на западном берегу Оки. 1 августа он бросил в преследование основные силы 3-й армии (186, 235, 269, 283, 308, 342, 380-я стрелковые дивизии). К полудню следующего дня, продвинувшись на 12–14 километров на юг и юго-запад, дивизии были остановлены противником севернее Орла на рубеже реки Немолодь. С востока, вдоль железной дороги на город наступала 380-я стрелковая дивизия. С юга приближалась 63-я армия (5, 41, 129, 250, 287, 348, 397-я стрелковые дивизии). К исходу 3 августа Орел был охвачен полукольцом войск левого крыла Брянского фронта. Немцы в это время, прикрывшись арьергардами, покидали город. Саперы взрывали здания и промышленные предприятия, производили минирование и помогали советским партизанам добиться исключительно высоких показателей в проведении «рельсовой кампании»:
«Другое запомнившееся впечатление об Орле — это состояние железной дороги. Я никогда не видел картины столь полного разрушения… Здесь, в районе Орла, немцы использовали специальную машину, которая, продвигаясь, уничтожала и рельсы и шпалы. Чтобы восстановить железные дороги в этих недавно освобожденных районах, необходимо было фактически строить их заново».
В ночь на 4 августа 5, 12-я и 380-я стрелковые дивизии ворвались в восточную часть Орла, в течение дня очистили ее от противника, вышли к Оке и приступили к форсированию. 5 августа в городе подняли красные флаги.
6 августа Ставка поставила Брянскому фронту задачу сосредоточить усилия на овладении Хотынцем и Карачевом — «разгромленный» противник продолжал цепко удерживать коммуникации.
Соединениям правого крыла Центрального фронта должны были нанести удар в общем направлении на Шаблыкино, обойти Орел с запада и отрезать противнику пути отхода. Предыдущие трое суток танковые армии взламывали оборону противника на реке Крома, бороздя заливные луга и оперируя на фактически танконедоступной местности. Стремительно преследовать, как велел командующий фронтом, не получалось, танковые корпуса вновь использовались для прорывов, а не для развития успеха. Рокоссовский не скрывал своего раздражения и обвинял танкистов в медлительности и нерешительности. 6 августа он издал приказ, в котором, в частности, говорилось:
3-я гвардейская армия в полосе 13-й армии в очередной раз была брошена на неподавленную оборону противника, насыщенную противотанковой артиллерией, усиленную остатками 12-й и 14-й танковых дивизий, и упорно Продвигалась от деревни к деревне, от высотки к высотке, неся огромные потери. Трое суток гвардейские корпуса бились за Ивановский, Мелихово и Сосково под аплодисменты соединений Пухова. Так, при штурме Мелихова: «Была подана заявка командиру 19-го артполка 13-й армии, поддерживающего наступление танков в этом направлении, на подавление противника в этих районах. После длительных переговоров последний выпустил всего 20 снарядов и считал свою задачу выполненной». В боях за Сосково 6-й гвардейский танковый корпус в один день потерял 60 танков, артполки 13-й армии оказывали минимальное содействие, ссылаясь на отсутствие боеприпасов. В районе Ивановского 7-й гвардейский танковый корпус, наступая по минным полям, потерял почти все машины.