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.
В действительности никакой мценской группировки противника не существовало, и в районе этого города находились только арьергардные отряды и заслоны 56-й пд 35-го ак, уже двое суток прикрывавшие отступление дивизии к реке Оке, вслед за 34-й дивизией. Однако командование БрФ предпочло следовать тому решению, которое было принято еще до ввода в сражение 3-й гв. ТА, но зато соответствовало планам самого Верховного главнокомандующего.
Так, маршал бронетанковых войск Советского Союза Иван Якубовский, который в ходе Орловской операции командовал 91-й отдельной тбр 3-й гв. ТА, указывает [305] , что танковая армия имела реальную возможность развить удар в юго-западном направлении, оказав весьма существенное влияние на дальнейший ход операции, и особенно на бои за Орел, но, к сожалению, этого не произошло. Командование БрФ, располагая данными о начале отхода мценской группировки противника на Орел, доложило об этом в Ставку, одновременно сообщив, что якобы из-за сильного сопротивления противника путь 3-й гв. ТА на запад закрыт. В результате Ставка, видя к тому же, что и наступление ЦФ на Кромы не получило развития, решила в первую очередь разгромить отходящую мценскую группировку. Она приказала командующему БрФ использовать для этой цели не только 3-ю А генерал-лейтенанта Горбатова, но и 3-ю гв. ТА, которая получила задачу наступать на северо-запад, в районе Отрадное перерезать шоссейную и железную дороги Орел – Мценск, с тем чтобы в дальнейшем завершить уничтожение мценской группировки противника и овладеть Мценском.
С другой стороны, генерал Сергей Штеменко, один из руководителей Оперативного управления ГШ Красной армии, сообщает [306] , что при подготовке операции «Кутузов» решался вопрос о дополнительном усилении БрФ танками и самоходными орудиями, поскольку оборона противника была здесь очень сильной, с большим количеством долговременных огневых точек, и пехота никак не могла преодолеть ее без непосредственной поддержки средствами бронетехники. Кроме того, танки были необходимы и для развития успеха. Маршал Жуков доложил об этом Сталину, и фронт получил два танковых корпуса, однако для развития успеха танков все-таки не хватало. Тогда в Ставке изучили возможность передачи в распоряжение фронта 3-й гв. ТА, которая формировалась в полосе фронта в районе Плавска в составе двух танковых и одного механизированного корпусов и отдельной танковой бригады. С учетом общей обстановки и перспектив развития оперативной ситуации, Ставка оставила эту армию в своем резерве, однако из полосы фронта ее не передислоцировали.
Наступление БрФ началось 12 июля, и здесь быстро проявилась относительно слабая насыщенность войск танками непосредственной поддержки пехоты. Прорыв развивался низкими темпами, а через пять дней, 17 июля, на глубине в 22 км у тылового рубежа по реке Олешня продвижение совсем остановилось. На этом рубеже оборонялись войска так называемой мценской группировки противника, образовавшей вклинение между главными силами Западного и Брянского фронтов, что серьезно осложняло межфронтовое взаимодействие.
Особенные сложности испытывал БрФ, являвшийся связующим звеном во всей системе Орловской операции. Наступая на Орел с востока, он должен был своим правым флангом взаимодействовать с войсками ЗапФ на Болховском направлении и в то же время главными силами содействовать ЦФ, который с 15 июля начал наступление на Кромы. В результате силы БрФ разделились и постепенно убывали, создалась реальная угроза нарушения общего плана разгрома противника под Орлом. Для поддержания высоких темпов решения задачи, быстрого преодоления обороны врага и развития дальнейшего успеха БрФ срочно требовалась помощь силами и средствами. В ходе очередного анализа обстановки за истекшие сутки в Генеральном штабе пришли к выводу, что наступил момент передать БрФ 3-ю гв. ТА. Были изучены ее возможные задачи и способы их выполнения, в том числе при ударе на Орел, причем непосредственное овладение городом с помощью танковой армии расценивалось как весьма невыгодное. Сталин согласился передать БрФ 3-ю гв. ТА, одобрил предложения Генерального штаба по части ее задач и сам сообщил об этом командующему фронтом генералу Попову. В разговоре с Поповым Верховный главнокомандующий, помимо прочего, дал краткую оценку положения под Орлом и изложил задачи войск. Согласно его оценке, важнейшей задачей БрФ является разгром мценской группировки противника и выход 3-й общевойсковой армии на рубеж реки Ока. При этом 3-я гв. ТА должна нарушить устойчивость обороны противника вначале в полосе наступления 3-й, а затем и 63-й армий БрФ. Генерал Попов высказал опасения, что можно погубить танки, если двинуть их на штурм Орла, и Сталин согласился с ним, посоветовав в уличные бои в таком крупном городе в невыгодной обстановке не ввязываться, а после того, как будет обеспечено продвижение главных сил БрФ, направить армию на Кромы, в интересах левого соседа – ЦФ. Командующий БрФ принял эти указания к немедленному исполнению. За точным их выполнением следил представитель Ставки генерал Николай Воронов, который в последующем доложил, что 3-я гв. ТА совершила марш и сосредоточение в тылах БрФ скрытно от противника и к 19 июля была готова для ввода в прорыв на заранее намеченном участке наспех организованной обороны противника. Прорыву предшествовала ночная авиаподготовка силами авиации дальнего действия. 19 июля ввод в прорыв танковой армии был обеспечен бомбардировочной и штурмовой авиацией, а также сильной артиллерийско-минометной подготовкой. После этого пехота и танки прорыва, действующие в боевых порядках пехоты, под прикрытием артиллерийского огня прорвали вражескую оборону и вышли на условленный рубеж, с которого начали действовать передовые части 3-й гв. ТА, а затем и ее главные силы.
В полосе наступательных действий 3-й гв. ТА оборонялись части двух танковых и двух пехотных дивизий противника, которые оказали ожесточенное сопротивление. Несмотря на это, к исходу дня 19 июля войска танковой армии форсировали реку Олешня и, продвинувшись на 10–20 км, успешно преодолели оборонительный рубеж немцев. Создались выгодные условия для удара в тыл мценской группировки. После этого отход немцев из района Мценска и по всему рубежу реки Олешня, в ее нижнем течении, был уже предрешен. В ночь на 20 июля германские войска оставили город Мценск, прикрывая свой отход массированными авиационными ударами по наступающим частям 3-й и 3-й гвардейской танковой армий.