第一階段
1941年7月10—1941年7月20日，德國軍隊在蘇聯紅軍西方面軍右翼和中央突破防禦。德國軍隊快速兵團推進約200公里，合圍了莫吉廖夫，並奪取了奧爾沙、斯摩棱斯克、葉利尼亞、克里切夫。蘇聯紅軍第19、第16、第20集團軍在斯摩棱斯克地域陷入德國軍隊戰役合圍。第13集團軍一部兵力突過了索日河，其餘兵力擊退德國軍隊的多次坦克衝擊後，守住了莫吉廖夫。在這幾天，蘇聯紅軍第21集團軍在西方面軍左翼向博布魯伊斯克方向實施進攻，解放了羅加喬夫市和日洛賓市，並將德國軍隊第2集團軍主力長時間牽制於第聶伯河和別列津納河之間地帶。
第二階段
1941年7月21日—1941年8月7日，蘇聯紅軍統帥部企圖使用後備方面軍在西方向組織反攻。爲此目的建立的第29，第30、第28、第24集團軍的4個集團軍級戰役集羣和羅科索夫斯基將軍指揮的集團軍級戰役集羣(均轉隸西方面軍)，從別雷、亞爾採沃、羅斯拉夫利地域向斯摩棱斯克實施向心突擊，任務是與第16、第20集團軍協同，粉碎斯摩棱斯克以北及其以南的德國軍隊集團。騎兵集羣(3個騎兵師)在第21集團軍地帶內對德國軍隊後方進行了奇襲。在戰鬥行動過程中，形成了兩個主要鬥爭基點：一個在斯摩棱斯克、葉利尼亞地域，另一個在索日河以及第聶伯河和別列津納河之間地帶。有鑑於此，由西方面軍左翼各集團軍(第13、第21集團軍)和由預備隊開來的第3集團軍於1941年7月24日組建了中央方面軍(司令爲庫茲涅佐夫上將)。蘇聯紅軍雖然在反攻過程中未能粉碎德國軍隊斯摩棱斯克集團和取得顯著戰果，但卻打破了“中央”集團軍羣對莫斯科的進攻，支援第20、第16集團軍突破了合圍圈，並將主力撤過第聶伯河。1941年7月30日，德國軍隊被迫在西方向轉入防禦。德國軍隊統帥部決定消除蘇聯紅軍對“中央”集團軍羣兩翼造成的威脅之後，再進攻莫斯科。從1941年7月10日—1941年8月5日，德國軍隊共俘蘇聯紅軍31萬人，繳獲坦克3000多輛和數量大致相同的火炮。
第三階段
8月8—21日，戰鬥行動的中心向南轉移。1941年8月8日，德國軍隊第2集團軍和坦克第2集羣將正面轉而向南，對中央方面軍轉入進攻。蘇聯紅軍被迫向東南和南方向退卻。1941年8月16日，爲掩護布良斯克方向，在預備隊方面軍(司令爲朱可夫大將;1941年7月30日組建，其左翼各集團軍向前調到第一梯隊)和中央方面軍之間建立了布良斯克方面軍(司令爲葉廖緬科中將)，其編成內有第13，第50集團軍，從8月25日起又增加第3、第21集團軍(中央方面軍撤銷)。至8月21日前，德國軍隊第2集團軍和坦克第2集羣推進120—140公里，進抵戈梅利、斯塔羅杜布一線，並深深楔入蘇聯紅軍布良斯克方面軍和中央方面軍之間，對蘇聯紅軍西南方面軍翼側和後方造成了威脅，蘇聯紅軍被俘78000人，144輛坦克和700門火炮。1941年8月16日，蘇聯紅軍西方面軍和預備隊方面軍第24、第43集團軍(第24集團軍從7月30日起在該方面軍編成內)發起進攻，以粉碎德國軍隊杜霍夫希納集團和葉利尼亞集團。進攻雖未得到發展，但德國軍隊在葉利尼亞附近的戰鬥中遭重創。
第四階段
1941年8月22日—1941年9月10日。在此階段，蘇聯紅軍統帥部決定以積極的行動挫敗“中央”集團軍羣，打破其向南方向對西南方面軍後方的進攻。然而，布良斯克方面軍以對翼側突擊來阻止德國軍隊推進的企圖未能奏效。在布良斯克方面軍地帶內，最高統帥部大本營爲同一目的進行了一次有460架飛機參加的空中戰役。蘇聯紅軍航空兵重創坦克第2集羣，但亦未能打破德國軍隊向南的進攻。與此同時，在西方面軍右翼，德國軍隊對第22集團軍實施了有力的坦克突擊，突破了該集團軍防禦，並於1941年8月29日奪取了託羅佩茨。第22集團軍及在其以南防禦的第29集團軍，被迫退向西德維納河東岸。1941年9月1日，西方面軍第30、第19、第16和第20集團軍在斯摩棱斯克附近重新轉入進攻。但進攻未得到發展。預備隊方面軍第24集團軍在葉利尼亞地域繼續實施進攻行動。這些行動以粉碎德國軍隊葉利尼亞集團而告結束。1941年9月10日，蘇聯紅軍西方面軍、預備隊方面軍和布良斯克方面軍根據大本營命令轉入防禦。
