Утром 12 июля, в 5:10, сразу после дождя, советское командование предприняло авиационно- артиллерийскую подготовку, а в 5:40 начался штурм орловского выступа с севера и северо-востока. К 10:00 главная оборонительная полоса немецких войск была прорвана в трех местах, и в прорыв пошли части 4-й танковой армии. Однако к 16:00 немецкое командование смогло перегруппировать силы и, отведя ряд подразделений из-под ст. Поныри, остановить развитие советского наступления. К вечеру первого дня наступления на северо-западе советские войска смогли продвинуться на 10–12 км, на севере — до 7,5 км. На восточном направлении продвижение было незначительным.
На следующий день северо-западная группировка была направлена на уничтожение крупных опорных пунктов в селах Старица и Ульяново. Используя дымовую завесу и демонстрируя атаку с. Старица с севера, наступающие части скрытно обошли населенные пункты и нанесли танковый удар с юго-востока и запада. Несмотря на хорошее обеспечение населённых пунктов, вражеский гарнизон был полностью уничтожен. В этом бою лучше всего проявили себя подразделения инженерно-штурмовых войск, которые умело «выкуривали» огнемётами немецкие огневые точки в домах. В это время в с. Ульяново наступающие войска ложными атаками оттянули на западную окраину весь немецкий гарнизон, что позволило практически беспрепятственно ворваться в село на танках со стороны с. Старица. При освобождении этого важного опорного пункта потери со стороны наступавших были небольшими (всего десять человек убитыми).
С ликвидацией этих узлов сопротивления нашим войскам открылся путь на юг и юго-восток. Наступающие в этих направлениях войска создали угрозу коммуникациям немцев между Орлом и Брянском. За два дня боев, по показаниям пленных, немецкие 211-я и 293-я пехотные дивизии были практически уничтожены, а 5-я танковая дивизия, понесшая большие потери, была выведена в тыл. Оборона немецких войск была прорвана на фронте 23 км и на глубину до 25 км. Однако немецкое командование грамотно оперировало имеющимися резервами, и к 14 июля наступление на данном участке было приостановлено. Бои приняли позиционный характер.
Войска 3-й армии и 3-й гвардейской танковой армии, наступавшие на Орел с востока, успешно форсировали несколько водных преград и, обходя очаги сопротивления, пытались с ходу прорваться к Орлу. К моменту ввода в бой 18 июля, 3 гв. танковая армия имела танков Т-34 — 475, танков Т-70 — 224, орудий и миномётов — 492. Они создали для немецких войск серьёзную опасность рассечения их группировки пополам, и потому против них вечером 19 июля были введены противотанковые резервы.
Однако, поскольку фронт был прорван на широком участке, действия немецкого командования напоминали латание прорех в «Тришкином кафтане», и были малоэффективны.
22 июля передовые части 61-й армии ворвались в Волхов, улучшив положение войск Брянского фронта. Одновременно войска 11-й гв. армии перерезали шоссе Волхов — Орёл, создав немецкой Волховской группировке угрозу окружения.
В это время 63-я армия и части 3-й гв. танковой армии вели тяжёлые бои с 3-й танковой дивизией немцев, переброшенной из Ново-Сокольников, и подразделениями 2-й танковой и 36-й механизированной дивизий, переброшенными из-под Понырей. Особенно тяжелые бои развернулись в междуречье Зуша, Олешня, где у немцев имелся хорошо подготовленный оборонительный рубеж, который они пытались занять подходящими силами. Войска 3-й армии с ходу захватили плацдарм на берегу р. Олешня в районе Александровка, куда началась переброска танков 3-й гв. танковой армии. Но южнее Александровки наступление было малоуспешно. Особенно тяжело было бороться с закопанными в землю немецкими танками и штурмовыми орудиями. Тем не менее, к 19 июля наши войска вышли к р. Олешня на всем ее протяжении. В ночь на 19 июля по немецкому рубежу обороны на р. Олешня был нанесен мощный авиационный налет, а утром началась артподготовка. К полудню Олешня была форсирована в нескольких местах, что создало угрозу окружения всей Мценской группировки немцев, и 20 июля они оставили город почти без боя.
15 июля к наступательным действиям перешли и подразделения Центрального фронта, которые воспользовались отводом части немецких сил из-под Понырей. Но до 18 июля успехи Центрального фронта были довольно скромными. Лишь утром 19 июля Центральный фронт прорвал немецкую полосу обороны на 3…4 км в направлении на северо-запад, в обход Орла. В 11 часов в прорыв были введены танки 2-й танковой армии.
Интересно отметить, что артиллерийские орудия, переданные танковым войскам для усиления, буксировались некоторыми наступавшими танками 16-го тк. (для чего танки были дооборудованы буксирными крюками), а их расчёты составляли танковые десанты. Единство боеприпасов танковых и противотанковых орудий помогало справиться с проблемой боепитания орудий, а большая часть боекомплекта подвозилась штатными тягачами (автомобили «Студебеккер», «Джи-Эм-Си», ЗиС-5 и трактор
