Под Смедеревом и Пожаревцом остались германские 1 — я пехотная дивизия, 2-я бранденбургский полк и некоторые более мелкие части. В ночь с 13 на 14 октября на окраине Болеча 15-я гвардейская механизированная бригада с ходу нанесла удар во фланг моторизованного полка дивизии «Бранденбург», отходившего в направлении Белграда, Т-34 атаковали с включенными фарами, на полной скорости. Таким образом, удалось перерезать коммуникации между группами «Шнекенбургер» и «Штетнер».
На направлении Авала-Банички Вис- Дединье 36-ю гвардейскую бригаду поддерживала 1-я пролетарская дивизия НОАЮ. Части 1-й армейской группы НОАЮ наступали на Белград еще с четырех направлений. В самом городе была сформирована боевая группа из танков 36-й танковой и 13-й механизированной гвардейских бригад, которая при содействии пехоты 14 октября отбросила противника к Дединье и Банице. После постановки новой задачи группа начала продвижение к Славии (одна из самых известных площадей Белграда, сейчас — почти центр города). 15 октября танки 36-й гвардейской бригады достигли здания Народной Скупщины (парламента). В это время 13-я гвардейская бригада теснила немцев в направлении железнодорожной станции, где к ней подключилась 6-я Личкая (по названию города Личка в Крайне) дивизия НОАЮ. На Великом Врачаре 14-я гвардейская бригада вместе с партизанами из Краины разгромила самый сильный опорный пункт восточной части германской обороны. На левом фланге 14-й гвардейской механизированной бригады действовали десять танков из 62-го отдельного мотоциклетного батальона, прозванного «жирафом» из-за тактической эмблемы: на башнях танков были нарисованы силуэты жирафов.
Немцы оказались зажатыми на узких пятачках в районе административных зданий на улице Князя Милоша и железнодорожной станции. Потери в танках наступающих были значительными, но точные данные о потерях Т-34 в Белградской операции установить крайне сложно — приведенные в немецких и югославских источниках цифры сильно отличаются. Наиболее достоверные сведения, скорее всего, приводятся в боевых документах советских танковых бригад, но автору они недоступны.
Танки участвовали в уличных боях без соответствующей артиллерийской поддержки. 24 установки «Катюша» и 300 пушек вели огонь только по окраинам Белграда. Авиация вызывалась лишь в случае крайней необходимости. Наибольшую опасность для танков представляли зенитки калибров 88 и 105 мм из германского 38-го полка. Одного прямого попадания снаряда таких пушек вполне хватало, чтобы превратить Т-34 в кучу развороченного металла. Некоторые пушки «восемь-восемь» были установлены в бетонных бункерах, и вывести их строя представлялось возможным только прямым попаданием. Но на стороне танкистов была скорость. 38-й полк люфтваффе потерял 36 орудий калибра 88 мм, 34 20-мм пушки и более 450 человек из состава орудийных расчетов.
Немцы не располагали адекватной для противоборства с Т-34 бронетанковой техникой, но, тем не менее, сражались отчаянно. Германская Panzer-Kompanie Z.b.V 12, вооруженная французскими танками «Рено» R-35 и «Сомуа» S-35, устроила «тридцатьчетверкам» засаду под Обреновцем. Исход боя стал для немцев плачевным: потери достигли 80 %, Достоверных данных о потерях советско-югославской стороны нет. Некоторые авторы пишут о 13 уничтоженных Т-34. Количество уничтоженных танков представляется завышенным даже с учетом хорошо организованной засады. Если немецкая противотанковая оборона была столь эффективной, то почему позже германская бронетанковая техника при появлении Т-34 прекращала бой и отступала?
На верхних этажах белградских зданий занимали позиции специальные противотанковые группы, бросавшие на танки зажигательные средства. В период белградской операции «тридцатьчетверки» не имели экранов, способных защитить машины от «фаустпатронов». Импровизированная защита в виде запасных гусеничных траков стояла на бортах немногих танков. Поэтому танкистам приходилось полагаться на маневр и поддержку пехоты.