Противник, не выдержав удара войск армии и находясь под угрозой окружения, 3 сентября начал отвод части сил из района. Наступил переломный момент в ходе операции. В связи с этим командующий фронтом потребовал ускорить окружение врага и взятие Ельни и приказал командующему 24-й армией использовать один полк 127-й стрелковой дивизии (командир — полковник А. З. Акименко). Из этой дивизии, располагавшейся севернее выступа, для наращивания удара привлекался 395-й стрелковый полк (командир — майор А. Х. Бабаджанян), усиленный стрелковым батальоном, четырьмя артиллерийскими дивизионами и танковым батальоном (8 танков). Организованно введенный в бой в полосе 102-й отдельной танковой дивизии, полк 5 сентября сломил вражеское сопротивление, овладел деревнями Богадилово и Гурьево и вышел к железной дороге в районе разъезда Нежода, а танковый батальон с пехотой перерезал дорогу Ельня — Балтутино. Противник, стремясь избежать окружения и оказывая ожесточенное сопротивление на флангах, начал отход перед фронтом 103, 19, 309 и 120-й стрелковых дивизий. Соединения армии немедленно перешли к его преследованию, и уже к исходу дня 100-я стрелковая дивизия заняла Ганцово, а 19-я ворвалась в Ельню. 6 сентября город был освобожден советскими войсками полностью. Преследуя немецкие отходящие части, 24-я армия 8 сентября к исходу дня ликвидировала ельнинский выступ и вышла к вновь подготовленному оборонительному рубежу противника по линии Новые Яковлевичи — Ново-Тишово — Кукуево. Неоднократные попытки прорвать его оказались безуспешными. Пришлось перейти к обороне. В результате боев соединений 24-й армии был ликвидирован вражеский плацдарм, на котором в разное время действовало до десяти дивизий противника. Так закончилась первая наступательная операция советских войск в Великой Отечественной войне. Она имела важное политическое и военное значение. Довольно сильная немецкая группировка (пять дивизий) понесла ощутимые потери, которые составили до 45 тыс. человек убитыми, ранеными, пленными. Немцы были изгнаны со значительной части территории СССР. Их военная машина дала очередной сбой, что свидетельствовало о возможности ее сокрушения. Успех советских войск под Ельней внес определенный вклад в срыв германского плана молниеносной войны против СССР. Было продемонстрировано высокое боевое мастерство, приобретен опыт наступательных действий по прорыву подготовленной обороны противника. С ликвидацией ельнинского выступа существенно улучшилось оперативное положение войск как 24-й армии, так и Резервного фронта в целом. Однако полностью осуществить замысел на окружение и уничтожение противника под Ельней не удалось. Основной причиной этого являлся недостаток сил и средств, прежде всего танков. Кроме того, при подготовке операции не было выделено сил для развития успеха, а попытка создать их в ходе боевых действий не принесла ожидаемых результатов. Низкие темпы наступления армии обусловливались слабой обученностью личного состава, особенно прибывшего пополнения, и неумением командного состава многих полков и дивизий организовать и всесторонне обеспечить бой в короткие сроки, отсутствием четкого взаимодействия и управления войсками, а также резкой ограниченностью боеприпасов.
Опыт подготовки и ведения Ельнинской операции показал, что очаговую неглубокую оборону противника можно успешно прорвать, нанеся соединениями сильный первоначальный удар и сосредоточив основные усилия на главных направлениях. В случае обеспечения артиллерии боеприпасами надежное подавление обороны достигалось при плотности 60–80 орудий, минометов и боевых машин реактивной артиллерии на километр участка прорыва. Был сделан также вывод, что для окружения вражеской группировки необходимы высокие темпы прорыва тактической зоны обороны. Кроме того, в боевых порядках пехоты надо иметь танки непосредственной поддержки пехоты и подвижные средства, способные резко увеличить темп продвижения. Следует воспользоваться временным нарушением взаимодействия, а иногда и растерянностью врага, чтобы лишить его путей отхода. При этом обеспечение ввода в сражение подвижных средств должно осуществлять армейское или фронтовое командование. Решающее значение для успеха операции имеет также тщательно продуманное, правильно организованное взаимодействие и твердое, непрерывное управление войсками. С Ельнинской наступательной операцией непосредственно связана и такая славная страница летописи Вооруженных Сил, как рождение советской гвардии. Гвардия родилась не в громе салютов и почестей, а на полях жестоких сражений. Первые гвардейские соединения РККА появились под Ельней в ходе смертельной схватки народов СССР с Германией. Они возникли в пору самого трудного периода Великой Отечественной войны, когда в крайне неблагоприятных условиях нашим войскам приходилось сдерживать натиск опытного и сильного врага.