Еще два дня окруженные усиленно готовились к прорыву. Генерал Лукин вспоминал: «…положение окруженных войск резко ухудшилось. Снарядов мало, патроны на исходе, продовольствия нет. Питались тем, что могло дать население, и кониной. Кончились медикаменты и перевязочные материалы. Все палатки и дома переполнены ранеными»[33]. За это время протяженность фронта окружения сократилась, а оперативная плотность немецкой группировки, наоборот, увеличилась более чем в три раза, составив 3,7 км на одну дивизию[34].
Замысел Лукина заключался в том, чтобы прорвать фронт окружения в направлении Богородицкое, Гжатск. По данным разведки, перед намеченным участком прорыва находилась 6-я танковая дивизия немцев, которой трудно было маневрировать на болотистой местности. Однако здесь кроме танковой дивизии сосредоточились части еще и двух пехотных дивизий, но об этом Лукину не было известно.
План через офицера связи был сообщен в штаб фронта. Войска предполагалось выводить из кольца двумя группами. В первую группу вошли 134-я и 89-я стрелковые и 45-я кавалерийская дивизии. Ее маршрут пролегал через населенные пункты Ломакино (18 км северо-западнее Вязьмы), Нарышево, Леонтьево, Новое Село, станция Мещерская. Руководить колонной должен был штаб 32-й армии во главе с командармом С. В. Вишневским. Вторая группа в составе 166, 244-й и 91-й стрелковых дивизий и 127-й танковой бригады должна была двигаться левее первой группы параллельным маршрутом. 214-я и 140-я стрелковые дивизии передавались в группу генерала И. В. Болдина, в которую входили также 152-я стрелковая и 101-я мотострелковая дивизии, 123, 128-я и 147-я танковые бригады. В группе насчитывалось до 50 танков. Оперативная группа должна была выходить тремя отрядами: первый по маршруту Алексеево (38 км северо-западнее Вязьмы), Поповское, Анчуки, Пекарево, Пашково, Касня, Леонтьево, а два других отряда — параллельными маршрутами левее первого.
Отход всех пяти групп (отрядов) по-прежнему прикрывала наименее обескровленная 2-я дивизия.
По радио М. Ф. Лукин установил связь с командующим 20-й армией генерал-лейтенантом Ф. А. Ершаковым и договорился с ним о совместных действиях по выходу из окружения. Ф. А. Ершаков готовил прорыв южнее Вязьмы на 14.00 того же дня. Там к прорыву готовились: 129, 144, 108, 112-я и 229-я стрелковые дивизии. В состав 20-й армии должны были влиться также 38-я и 73-я стрелковые дивизии, которые должны были прибыть под Вязьму в распоряжение 16-й армии, но вовремя не успели этого сделать.
Ставка ВГК торопила М. Ф. Лукина с выходом из вражеских «клещей». С одной стороны, дивизии нужны были для защиты Москвы, с другой — каждый день задержки с прорывом значительно снижал шансы на успех. Войскам была поставлена задача во чтобы то ни стало прорвать линию обороны противника на узком участке и 10–11 октября выйти из окружения.
Прорыв начался утром 10 октября. В нем участвовали 2 отдельные крупные группировки: 19-я армия, оперативная группа и 20-я армия. Оперативная группа И. В. Болдина вела бой в районе Богородицкого (17 км северо-западнее Вязьмы), 20-я армия — в районе Панфилово, Выползово, Нестерово, Володарец (все пункты 4–18 км южнее Вязьмы), а 19-я армия прорывалась между ними. Фронтовая авиация, поддерживая прорыв, бомбила скопления техники противника, а в ночь на 11 октября нанесла удар по Вязьме.
Группа И. В. Болдина весь день 10 октября вела бой в районе Богородицкого. 214-я стрелковая дивизия с одним мотострелковым полком 101-й мотострелковой дивизии составляли первый эшелон группы. Они сбили заслоны противника юго-западнее Богородицкого и прорвались в лес севернее Богородицкого на 1 км. Противник из района Ивановки и леса северо-восточнее Богородицкого, бросив большие группы автоматчиков, минометы и 50 танков, отрезал первый эшелон оперативной группы. Связь с 214-й стрелковой дивизией и мотострелковым полком 101-й мотострелковой дивизии прервалась, и восстановить ее не удалось.
Южнее Вязьмы, где действовали соединения 20-й армии и остатки 24-й армии, удалось прорваться отдельными группами, в том числе и частям 229-й стрелковой дивизии, личный состав которой был построен в десять шеренг, длиною около километра каждая, и шел на прорыв с упорством обреченных.
В полосе 19-й армии достичь ощутимых результатов не удалось.