第３５ 军 第１０２ 、２９２ 、７２、２１６ 步兵师
直属 第７０７ 、３１、３８３ 、２９３ 步兵师，第１２、４ 装甲师
虽然波波夫在右翼建立了突击集团，却还是让左翼首先行动：９ 月１ 日，第６３ 集团军发动进攻；第二天，近卫第１１ 集团军也投入了一部兵力。而从９ 月３ 日至５ 日，波波夫在其余地段仅进行了一些战斗侦察。
这样的战斗持续到了９ 月７ 日。波波夫确信莫德尔的注意力已经被左翼红军所吸引，命令右翼第５０ 集团军（博尔金中将指挥）发动进攻。为了达成突然性，红军仅进行了短时间的轰炸和２０ 分钟急袭射击，随即就发起了冲击。进攻获得成功，很快突入德军纵深达７０ 公里。为扩张战果，第２ 近卫骑兵军进入突破口，于１１ 日强渡杰斯纳河，在右岸茹科夫卡地区建立桥头堡。苏联骑兵继续策马疾进，一气切断了斯摩棱斯克—布良斯克铁路线。
苏军的行动从北翼威胁勒着莫德尔的安全，呈现出迂回布良斯克的态势。莫德尔支撑不住，只得将第９ 集团军撤往杰斯纳河对岸。苏第１５ 空军集团军追着莫德尔的撤退纵队不断轰炸，并袭击了杰斯纳河各渡口。
苏军第３、第１１ 集团军乘机发起进攻。第１１ 近卫集团军也从布良斯克以南渡过杰斯纳河。布良斯克陷入被包围的威胁，迫使莫德尔继续撤退。９ 月１７ 日，苏第１１ 集团军夺回了布良斯克和别日察。
莫德尔已无法立足于杰斯纳河，只得奉克卢格之命撤向索日河和普隆尼亚河的“黑豹”防线。
９ 月２０ 日，波波夫的整个布良斯克方面军都发起了追击。为了抢先进抵索日河，波波夫以第２ 近卫骑兵军、第１ 坦克军，一些反坦克炮部队和１ 个火箭炮旅组成方面军快速集群，由方面军副司令卡扎科夫中将指挥。快速集群来势凶猛，撤退德军往往来不及占据支撑点就被击溃。９ 月２６ 日，集群先头分队已经进抵索日河畔的维特卡火车站，但兵力不多，无力建立对岸桥头堡。
与此同时，波波夫右翼的第５０ 集团军也进入白俄罗斯境内，于９ 月２６ 日解放了霍季姆斯克市。这是红军夺回的第一个白俄罗斯区中心城市。
１０ 月１—３ 日前，布良斯克方面军陆续进抵索日河和普隆尼亚河，开始着手夺取右岸登陆场。布良斯克方面军还与南面进展迅猛的中央方面军一道，威胁着东线德军南北间的重要交通枢纽—戈梅利。
历时一个多月的布良斯克战役，红军投入兵力约５３ 万，造成纯减员１３０３３ 人，伤４３６２４ 人。莫德尔第９ 集团军上报的９ 月份损失为１５４８８ 人。考虑到德军９ 月伤亡报告的整体失真，莫德尔的伤亡数字也未必可靠。但其左翼相当一部分损失，却与布良斯克战役无关。