Также сильно сказалась на ходе боевых действий советских частей в районе Смоленска нехватка боеприпасов у артиллерии. Позднее М. Ф. Лукин вспоминал: «22 и 23 июля в Смоленске продолжались ожесточенные бои. Противник упорно оборонял каждый дом, на наши атакующие подразделения он обрушил массу огня из минометов и автоматов. Его танки помимо артогня извергали из огнеметов пламя длиною до 60 м, и все, что попадало под эту огневую струю, горело. Немецкая авиация днем беспрерывно бомбила наши части. Сильный бой продолжался за кладбище, которое 152-я стрелковая дивизия занимала дважды (ранее 129-я стрелковая дивизия также три раза овладевала им). Бои за кладбище, за каждое каменное здание носили напряженный характер и часто переходили в рукопашные схватки, которые почти всегда кончались успехом для наших войск. Натиск был настолько сильным, что фашисты не успевали уносить убитых и тяжелораненых, принадлежавших 29-й мотодивизии 47-го механизированного корпуса Гудериана». Смоленск был оставлен 28 июля, буквально через день после замыкания кольца окружения за спиной 16-й и 20-й армий генерал-лейтенантов М. Ф. Лукина и П. А. Курочкина.
Проведенное неделю спустя расследование показало, что «отход 73 сд (стрелковой дивизии. – Прим. авт.) с рубежа Верхн. Дубровка, Нов. Батени производился по указанию командира 69 ск и вопреки приказу командующего 20-й армией». 73-я стрелковая дивизия отходила на новые позиции по приказу командира корпуса. От противника удалось оторваться, и отход проходил достаточно организованно. Однако вследствие ошибки в управлении один из ее батальонов начал отход через боевые порядки соседней 152-й стрелковой дивизии. Правофланговые части 152-й дивизии дрогнули и, не зная обстановки, потянулись за отходившим батальоном. Вскоре командир дивизии Чернышев отправился скандалить в расположение соседа, жалуясь на отход и открывшийся в результате этого фланг его соединения. Далее процесс принял неуправляемый характер, что и привело к потере Смоленска. Для командира 69-го корпуса генерал-майора Е. А. Могилевчика это расследование, впрочем, никаких последствий не имело, поскольку он был ранен в ходе последующего прорыва из окружения и вернулся в строй только в 1942 г.
После занятия Смоленска Гитлер поспешил заявить, что дальнейшую задачу взятия Москвы можно поручить пехотным соединениям, перенаправив танковые группы одну на юг, другую на север, чтобы оказать поддержку во взятии Киева и Ленинграда. Однако наступательный порыв вермахта уже иссякал – месяц беспрерывного наступления привел к тому, что большинство немецких дивизий было укомплектовано менее чем наполовину. В то же время южнее советская 21-я армия генерал-лейтенанта В. Ф. Герасименко вела встречное наступление на запад от Гомеля, сковывая действия южного фланга танковой группы Гудериана и пехотных дивизий 2-й армии. В тылу советской обороны накапливались резервы – фронт резервных армий в составе 35 дивизий и фронт Можайской