Войска Калининского фронта 21 сентября силами 43-й армии под командованием генерал-лейтенанта К. Д. Голубева овладели мощным узлом обороны противника на путях к Витебску — г. Демидов, охватив группировку противника, находившуюся в районе Смоленска, с севера. В связи с этим противник начал отводить свои войска, действовавшие перед левым крылом фронта. Успешно продвигаясь, войска Калининского фронта к 24 сентября вышли на рубеж 15 км юго-западнее Велижа — река Каспля — Демидов, 10 км севернее Смоленска.
Ударная группировка войск Западного фронта 23 сентября перерезала железную дорогу Смоленск — Рославль, а 24 сентября вышла к реке Сож, охватив группировку противника в районе Смоленска с юга. К этому времени войска 10-й армии ворвались в г. Рославль и завязали уличные бои.
К 23 сентября смоленская группировка противника оказалась охваченной с северо-востока 31-й армией, с юго-запада — 5-й и 68-й армиями. К вечеру следующего дня наши передовые дивизии вышли на подступы к Смоленску.
Освобождение этого города — почетная страница в боевой истории Западного фронта. Германское командование, хорошо понимая стратегическое и политическое значение Смоленска, приложило немало усилий к тому, чтобы укрепить оборонявшие город войска. Но натиск наших частей уже нельзя было остановить. Передовые батальоны 215, 331, 312–й и других стрелковых дивизий 31-й и 5-й армий смелой атакой сбили противника, укрепившегося на левом берегу, и ворвались в Смоленск. Бои шли всю ночь. Противник отчаянно сопротивлялся. Но все его попытки удержать город оказались тщетными. В 3 часа 30 минут 26 сентября Смоленск был полностью освобожден от германских захватчиков.
В таких горестных словах запечатлел поэт Александр Твардовский (сам родившийся в этих местах. —
В ночь с 25 на 26 сентября столица нашей Родины — Москва салютовала доблестным войскам Западного фронта, овладевшим Смоленском, двадцатью артиллерийскими залпами из 224 орудий.
В приказе Верховного Главнокомандующего отмечались заслуги соединений и частей 5, 31 и 68-й армий, а также артиллеристов генерал-майора артиллерии Л. И. Котухова, полковника И. С. Басова, полковника А. А. Сергеева, полковника С. Б. Бильдина, подполковника В. С. Копнина, майора В. В. Богородского, зенитчиков полковника Н. И. Каминского, подполковника М. П. Хилько, подполковника Г. П. Семенова, саперов полковника П. А. Петрова, летчиков генерал-майора авиации В. В. Степичева, генерал-майора авиации Д. Д. Юханова, генерал-майора авиации Н. И. Буянского, генерал-майора авиации Г. Н. Захарова, генерал-майора авиации В. Д. Дрянина, полковника С. П. Андреева, подполковника В. Н. Вусса. 39 соединений и частей фронта получили почетное наименование «Смоленские». 27 сентября в городе состоялся большой митинг. От имени трудящихся глава вернувшейся советской власти секретарь Смоленского областного и городского комитетов ВКП(б) Д. М. Попов выразил горячую благодарность воинам Западного фронта, освободившим Смоленск.
Военный совет, соединения и части фронта немало сделали для того, чтобы помочь трудящимся города наладить нормальную жизнь. Пять подвижных электростанций общей мощностью 100 киловатт дали ток в госпиталь, во вновь созданные больницы, городские и областные учреждения. Инженерно-дорожные части фронта навели сначала понтонный, а затем построили высоководный мост. Саперы Сводной инженерно-саперной бригады под командованием подполковника Е. Х. Бондарева очистили город от мин, фугасов, бомб замедленного действия. В короткий срок они сняли 5 тыс. взрывоопасных предметов.
В тот день, когда войска главной группировки фронта штурмовали Смоленск, части 10-й армии освободили Рославль. В боях за него отличились 49-я стрелковая дивизия (командир — генерал-майор А. В. Чижов), 139-я стрелковая дивизия (командир — полковник И. К. Кириллов), 247-я стрелковая дивизия (командир — генерал-майор Г. Д. Мухин), 277-я стрелковая дивизия (командир — генерал-майор С. Т. Гладышев), 326-я стрелковая дивизия (командир — полковник В. А. Гусев).
Наступательные действия войск Западного фронта продолжались до начала октября. Наши соединения и части с ходу форсировали реку Сож и вступили в пределы Белоруссии.