В состав артиллерии армии входило 39 76,2-мм полковых и 126 76,2-мм дивизионных пушек, 50 122-мм гаубиц, 12 152-мм гаубиц, 124 45-мм противотанковых пушки, 16 реактивных установок БМ-8 и 56 реактивных установок БМ-13, 184 50-мм, 260 82-мм и 66 120-мм минометов, 6137-мм зенитное орудие и 117 зенитных крупнокалиберных пулеметов ДШК [19] .
Укомплектованность армии автотранспортом оставляла желать лучшего – части и соединения армии суммарно располагали 1240 полуторатонными грузовыми автомобилями, что составляло 60 % к штату, и 31 автоцистерной на базе автомобиля ЗиС-5, что составляло 70 % к штату [20] .
Ввод армии в бой прямо с марша не позволил заблаговременно создать необходимые для ведения наступательных операций запасы. В первую очередь это касалось боеприпасов: к моменту начала наступления войска армии имели в среднем по 2,6 боекомплекта. Запасы боеприпасов к зенитным средствам были удручающе малы: 0,9 боекомплекта к зенитным пулеметам и 1,2 боекомплекта к 37-мм зенитным пушкам [21] . В то же время потребность армии в боеприпасах для выполнения поставленной задачи оценивалась командованием армии в 3 боекомплекта по патронам, минам и снарядам дивизионной артиллерии и в 4 боекомплекта снарядов для артиллерии усиления [22] . Обеспеченность армии топливом составляла в среднем 5 заправок и не внушала больших опасений. Запасы продовольствия и фуража составляли 5–8 сутодач [23] .
В первой половине дня 19 августа войска армии получили письменный приказ о подготовке наступления. В ночь на 20 августа он был дополнен плановой таблицей наступательного боя, а в течение 20 августа до войск были доведены основные положения плана действий поддерживающей наступление 1-й воздушной армии. 21 августа части 3-й танковой армии начали занимать исходное положение для наступления, сменяя стрелковые части 61-й армии. Немедленно дала о себе знать поспешность ввода армии в бой – « …часть оперативных работников и командиров вынуждены были отрывать время на руководство выгрузкой войск. Кроме того, средний и старший комсостав прибывших частей в исходное для наступления положение 21.8.42 не сумели полностью отработать на местности все вопросы по организации взаимодействия и планированию боя» [24] . К исходу 21 августа войска 3-й танковой армии заняли исходное положение для наступления:
– 3-й танковый корпус, усиленный 342-й стрелковой дивизией и 105-й мотострелковой бригадой, изготовился к наступлению на участке Кричина, Новогрынь;
– 15-й танковый корпус с подчиненной ему 154-й стрелковой дивизией развернулся на участке Новогрынь, Хлопков;
– 12-й танковый корпус с подчиненной ему 264-й стрелковой дивизией занял позиции на участке Хлопков, Грынь;
– 1-я Московская Краснознаменная гвардейская мотострелковая дивизия и 179-я отдельная танковая бригада – во втором эшелоне за левым флангом армии [25] .
Отданным боевым приказом предусматривалось наступление 154-й стрелковой дивизии и 15-го танкового корпуса на Мызин, далее в направлении реки Вытебеть и выход в район Перестряж, Починок. 264-й стрелковой дивизии и 12-му танковому корпусу предписывалось наступать в направлении Озерна, Сорокино, Обухово и занять район Медынцево, Никитское, Старица. Обгон стрелковых дивизий танковыми корпусами должен был произойти по выходе пехоты на западный берег реки Вытебеть. 1-й Московской Краснознаменной гвардейской мотострелковой дивизии предстояло по выходе 264-й стрелковой дивизии на меридиан Сорокино перейти в наступление на Красногорье и прикрыть действия армии с юга. 179-я отдельная танковая бригада оставалась в резерве командующего армией [26] .
В 6 часов 15 минут 22 августа после полуторачасовой артиллерийской подготовки и налета бомбардировщиков 1-й воздушной армии 154-я и 264-я стрелковые дивизии перешли в наступление. Мощь артиллерийского удара (на 11-километровом фронте прорыва задействовалось 934 орудия, миномета и установки реактивной артиллерии) оказалась столь высокой, что противник к концу артподготовки начал неорганизованно отступать, бросая вооружение, снаряжение и имущество. За первые часы боя 154-я и 254-я стрелковые дивизии продвинулись на 3–4 км при незначительном сопротивлении противника [27] . Обстановка представлялась командованию благоприятствующей немедленному вводу в бой танковых корпусов, и в 10 часов войска 12-го танкового корпуса начали выдвижение из исходного района. К 11 часам утра передовые бригады 12-го танкового корпуса вышли на уровень передовых частей стрелковых дивизий [28] .