Смоленское сражение привело к тяжелейшим последствиям в Великой Отечественной войне для Советского Союза. Потеряв в бесплодных атаках последние полнокровные механизированные корпуса, Красная Армия прекратила попытки перехвата стратегической инициативы. Вследствие этого осенью 1941 года вермахтом были осуществлены грандиозные операции по окружению и уничтожению целых фронтов, в частности Юго-западного (Киевский котел) и Западного (Вяземский котел). Смоленское сражение стало одним из самых кровопролитных и напряженных в 1941 году. Советские войска понесли тяжелейшие потери, за время сражения в общей сложности было убито и ранено более 700 тыс. человек. Такой ценой Красной армии удалось лишь на некоторое время задержать продвижение немецких частей, однако это привело к дальнейшему срыву «блицкрига» и плана «Барбаросса». Существует мнение, что потратив в сентябре время для уничтожения Киевского котла, немцы просто не успели взять Москву до начала осенней распутицы, а потом и холодной зимы, что привело в конце концов их к поражению под Москвой.
Однако разгромить немецкие войска не удалось. Ставка ВГК всё время ставила фронтам наступательные задачи, хотя для этого не всегда были объективные и субъективные предпосылки. Наступления проводились без тщательной подготовки, наспех, без необходимого материального обеспечения, при отсутствии достаточных сведений о противнике, без знания его слабых сторон. Потери противника составили около 20 тыс. убитыми, 4 тыс. пропавшими без вести, 77 тыс. ранеными.
После отражения советского наступления и ликвидации сил Юго-Западного фронта в битве под Киевом немецкие войска возобновили наступление на Москву.С заключительным этапом Смоленского сражения, Ельнинской операцией, связано появление в РККА гвардейских частей, соединений и объединений. Осенью 1941 года за массовый героизм, мужество личного состава, высокое воинское мастерство, проявленные в ходе кровопролитных боёв Смоленского сражения, по решению Ставки ВГК приказом Наркома Обороны Союза ССР от 18 сентября 1941 года № 308, четыре стрелковые дивизии 100-я, 127-я, 153-я и 161-я были переименованы в 1-ю, 2-ю, 3-ю и 4-ю гвардейские.