К середине сентября войска советского Западного фронта под командованием генерал-полковника Соколовского, успешно осуществив Ельнинско-Дорогобужскую операцию, вышли на рубеж рек Устром и Десна, где противник занял заранее подготовленные позиции. После кратковременной подготовки фронт 15 сентября возобновил наступление.

Замысел советского командования предусматривал рядом фронтальных ударов расчленить противостоявшие силы противника и уничтожить их по частям при содействии Калининского фронта, который одновременно проводил Духовщинско-Демидовскую операцию. Главный удар фронт наносил в центре силами 10-й гвардейской, 21-й и 33-й армий в общем направлении на Починок, Оршу, вспомогательные удары — армиями правого крыла (31-я, 5-я и 68-я) на Смоленск и левого крыла (49-я и 10-я) на Рославль.

14 сентября левое крыло Калининского фронта на духовщинском направлении и на сутки позже главная ударная группировка Западного фронта на смоленском направлении перешли в наступление.

Артиллерийская подготовка на Калининском фронте продолжалась 1 час 15 минут. В течение этого времени велось разрушение и подавление целей огнем отдельных орудий и взводов с закрытых позиций. За 20 минут до конца артиллерийской подготовки (в течение 10 минут) были даны залпы реактивной артиллерии по опорным пунктам, а в последние 10 минут открыли огонь на разрушение на переднем крае орудия прямой наводки.

В первый день операции главная полоса обороны противника была прорвана почти на всех направлениях. Наступавшим войскам оказывали помощь партизаны. Немецко-фашистское командование было вынуждено начать отвод основных сил группы армий «Центр» к Смоленску.

Поддержка атаки началась 15-минутным огневым налетом по переднему краю и ближайшей глубине обороны противника. После того как пехота и танки под прикрытием огня достигли первой траншеи гитлеровцев, артиллерия перенесла огонь на следующий рубеж. В дальнейшем поддержка атаки осуществлялась методом последовательного сосредоточения огня. Таким образом, на этот раз оборона противника подавлялась массированным огнем артиллерии более надёжно.

В 10 часов 20 минут под прикрытием огня артиллерии и ударов авиации соединения 39-й и левого фланга 43-й армий стремительными ударами прорвали на нескольких участках оборонительную полосу противника. К исходу первого дня боев войска продвинулись на глубину от 3 до 13 км, расширив прорыв до 30 км.

.