Войска противника, действовавшие перед фронтом группы армий «Центр», получили тем временем подкрепление за счет прибывших сюда свежих сил и заняли оборону по Днепру и Западной Двине на рубеже Рогачев — Могилев — Орша — Витебск. Поэтому следующая задача группы армий состояла в том, чтобы прорвать эту оборону и уничтожить находившиеся здесь войска противника.
С этой целью в середине июля 4-я армия во взаимодействии со 2-й танковой группой прорвала фронт русских севернее и южнее Могилева, а 3-я танковая группа совместно с подоспевшими соединениями 9-й армии — в районе Витебска. Наступление и на этот раз привело немцев к скорому успеху. 2-я танковая группа, выйдя к реке Сож, частью сил резко повернула на север и 16 июля ударом с юга овладела Смоленском. 3-я танковая группа продвинулась на восток до Ярцева и, повернув частью сил на юг, соединилась в районе Смоленска с передовыми частями 2-й танковой группы. Остальные силы 3-й танковой группы установили на севере, в районе южнее Великих Лук, локтевую связь с войсками группы армий «Север».
Окруженные в результате ударов обеих танковых групп войска противника продолжали оказывать упорное сопротивление. С целью освобождения своих окруженных войск русское командование предприняло попытку прорвать тонкое кольцо окружения, образованное танковыми группами и глубоко вдававшееся в расположение русских. Крупные силы противника нанесли ряд мощных контрударов с юга, востока и северо-востока по внешнему фронту окружения.
Отбивая непрерывные контратаки окруженных и деблокирующих войск противника, танковые группы нередко оказывались в весьма критическом положении.
Только благодаря исключительно высокому боевому духу войск, гибкости управления войсками на поле боя, осуществлявшегося закаленными в боях командирами, немцам удалось преодолеть все критические моменты и не допустить прорыва кольца окружения. Конечно, в условиях сильно пересеченной местности многим подразделениям и даже значительным группам противника все же удалось либо пробиться, либо незаметно просочиться через фронт окружения. И лишь после подхода и вступления в бой соединений полевых армий немцам удалось стянуть кольцо окружения, расколоть окруженные войска противника на отдельные группы и уничтожить их по частям. «Котел» под Смоленском был окончательно ликвидирован к 5 августа. Незадолго до этого, 3 августа, в районе Рославля немцам удалось также окружить и уничтожить ударную группировку противника, шедшую с юго-запада на помощь окруженным войскам. На этом бои в районе Смоленска закончились.
В этих боях войска группы армий захватили около 350 тыс. пленных, свыше 3 тыс. танков и примерно столько же орудий. Широта размаха и смелость операций, проводимых немецким командованием, и в частности командованием танковых групп, наступательный порыв войск и высокая выдержка, проявленная ими в критической обстановке, позволили уничтожить основную массу войск противника, находившихся перед Москвой, и создать хорошую основу для нанесения удара на Москву. Однако огромное напряжение, в котором немецкие войска находились в течение этих шести недель, сильно сказалось на них. Решающим теперь мог быть только ввод в бой свежих сил, но их не было. Поэтому, учитывая сложившуюся обстановку, войскам нужно было дать короткую передышку для полного восстановления своей боеспособности. Но дать ее всем соединениям группы армий сразу не представлялось возможным. На юге все еще не была установлена прочная связь с группой армий «Юг», между Гомелем и Мозырем в Припятских болотах все еще оставалась крупная группировка войск противника, представлявшая собой постоянную угрозу для открытого левого фланга группы армий «Юг».