暴风骤雨般袭来，到七月十三日黄昏时，奥廖尔北部德军的防御地幅已被突破，突破口达到了二十五公里之深。
七月十三日晚，莫德尔紧急向第2装甲集团军派出的援兵第2装甲师，该师协同集团军群的预备队第8装甲师增援了伦杜利克将军的防御。七月十四日，希特勒解除了涉嫌谋反的第2装甲集团军司令鲁道夫·施密特中将（施密特中将是从莫斯科战役之后就接替古德里安担任此职的，他已于七月十日被逮捕，首先由克勒斯纳步兵上将接替指挥）的职务，将第2装甲集团军与第9集团军合并，统归莫德尔大将指挥。这种临阵的人事变更给德军的指挥造成了额外的困难。
莫德尔要求军队坚持到最后一个人，他发出了最著名的，也是最能代表他性格的呼吁，“士兵们，我将与你们在一起！”并从南进集团中抽出四个师（第2、第8、第12装甲师；第112步兵师）用以支援奥廖尔以北的战斗，他命令新增加的预备队必须不分昼夜地机动。
七月十五日，奥廖尔登陆场的战斗异常激烈。“每前进一公里，进攻军队都要作出很大的努力，而且要有顽强的精神和战斗技能，中央方面军右翼（第43、第13、第70集团军全部）在前几天的激烈防御战中受到很大削弱。敌人善于利用工事良好的地区进行顽抗，我军转入反攻进展缓慢，简直是要一道道阵地钻过去。敌人采取了机动防御，一批部队进行防御，另一批便占领距离五至八公里的新地区，敌人不断地把剩余的坦克部队投入反冲锋。”（苏联《罗科索夫斯基元帅回忆录》）王牌的第505虎式装甲营再一次大开杀戒，它仅用两辆虎式坦克进行阻击，在短短的一个小时之内就击毁了三十二辆T34坦克而自身却毫发未损，但这种战术胜利远远无法阻止全局的崩溃。
苏联空军第16集团军在司令员Ｃ·Ｎ·鲁坚科空军元帅和参谋长II·Ｎ·布兰伊科空军上将的指挥下，每天完成一千架次以上飞行，德军的高射炮完全被压制，苏联轰炸机密集的突击有力地支援地面的进攻，“诺曼底”飞行大队的法国志愿者飞行员用铁血捍卫着俄国人的制空权，德国空军完全被“清除”出作战空域。（见俄版《军事历史杂志》1963年第7期第30页）
从北面实施进攻的俄国近卫第11集团军前进了七十公里，前出到连接奥廖尔与布良斯克的铁路线与公路线，把突破口正面扩大到将近五十公里，向纵深推进了六十公里，威胁到整个奥廖尔德军突出部的补给线，莫德尔派出了第12、第18和第20三个装甲师。德军节节败退，已无法阻挡俄军潮水般的攻势。北部德军退回了进攻前的出发阵地。近卫第11集团军像一把尖刀似地插入德军防线的后方，为了阻止近卫军团的继续突破，莫德尔匆忙组建了一个战斗群，辖第41装甲军、第53步兵军，大德意志师、耶斯贝科战斗群等部队，由哈尔佩将军指挥，这个庞大的战斗群兵力最多时一度达到十七个师。哈尔佩将军在莫德尔的提携下后来担任到北乌克兰集团军群的司令。
苏德双方还在奥廖尔的上空展开着激烈的空战，七月十六日、十七日空战达到白热化。
七月十八日，俄军又增加了由Ｂ·Ｍ·巴达诺夫坦克兵中将指挥的第4坦克集团军、第2近卫骑兵军和帕维尔·谢苗诺维奇·雷巴尔科将军指挥的近卫坦克第3集团军的兵力，尤其是雷巴尔科将军的这个集团军就拥有七百三十一辆坦克和自行火炮。
一千多辆坦克和自行火炮组成的俄国坦克群如狂飙般突进，锐不可挡，第12坦克军迅猛地突入敌后。在古谢沃村旁边的小树林中，二十辆正在加油的德国坦克被突然出现的红军俘虏。七月二十日，德军的重镇姆岑斯克失守，守军大部分就歼。不过到七月二十一日前，近卫第3坦克集团军的突击则被莫德尔将军完全遏制了，没有发挥出什么大的作用。俄国坦克群企图寻找德军防线的弱点，但这样的弱点是不存在的。德军第8、第2装甲师的顽强狙击下，近卫第3坦克集团军陷入了一场代价高昂的消耗战之中，损失掉一大半的中轻型坦克。（近卫第3坦克集团军军长雷巴尔科将军，后来苏联装甲元帅，是又一位在第二次世界大战中大名鼎鼎的坦克名将，尽管他有缺乏工兵、炮兵等客观理由，此番则非常难堪地受挫于莫德尔手下了。）
俄军已经增加到了八十四个步兵师，十四个坦克军，十二个炮兵师和大量的独立坦克部队。而此时的德军损失极为惨重，疲惫不堪，第9集团军的每个师的人数都减少了一半以上，有的师只剩下几个不满员的营。它编成内被打残的一些装甲师已集中到中央集团军群的右翼，用以保障同南方集团军群的接合部。英雄难抵四手，好汉还怕群狼，第9集团军防守的向东突出地段似乎快守不住了，其正面也已不只一次地处于被突破的边缘。莫德尔很清楚，由于双方兵力相差悬殊，加上丧失了制空权，失去奥廖尔登陆场只是时间问题而已。
由东面进攻的俄军也已紧逼到了奥廖尔附近，寡不敌众的德军是没有办法再去扼守几处同时被突破的奥廖尔突出部了。莫德尔还是把第9、第10装甲掷弹兵师和第266、第26步兵师部署在俄军突破的前方地域，另外第441和707警卫师虽然缺乏反坦克兵器，也被派往该地域。到七月二十二日，俄军攻击的猛烈程度达到了顶点，当俄国人再次增加兵力第11集团军进入到第11近卫集团军和50集团军之间的进攻位置时，面对着残酷现实，希特勒终于收回了二十日发出的禁止后撤的命令，同意了莫德尔进行“弹性防御”的请求。
七月二十六日，在大本营召开的军事会议上，希特勒同意讨论尽快放弃奥廖尔登陆场的问题。莫德尔的战斗报告中提出了焦土政策，在放弃地区的“破坏工作”。即烧毁待收割的农作物和建筑物，劫掠牲畜，拆卸机械等财产，将大约二十五万苏联平民驱赶到德军占领区服苦役等暴行。
八月一日，德军开始撤退，有两万名伤员撤出了奥廖尔。按照莫德尔的命令，德军实施了“焦土”政策。焚毁了所有的农作物，强迫二十五万居民携着牲畜随德军撤退。德国最高统帅部在当日的日记中这样记载着，“第9集团军前线地段的敌人依旧在坦克和航空兵的支援下继续冲击，新的兵团进入到战斗中。我军在艰苦流血战斗中守住阵地。敌人一步不离地追击着撤退中的坦克第2集团军。”
殿后的德军仍然在以狂热的余勇拼命地顽抗着，他们不断地组织反冲锋，譬如第505装甲营的第3连以损失一辆坦克的代价在两天内就摧毁了二十九辆T—34。在德军的后方情况也在急剧地恶化，苏联游击队对铁路交通线实施了集中突击，仅奥廖尔州的游击队在七月二十二日至八月一日就炸毁了七千五百根铁轨，多次炸毁运输列车。仅以八月四日德国《最高统帅部日记》的记载为例，“东线铁路的运行由于路轨遭到破坏而经常中断，在中央集团军群地域内，仅在八月三日就发生了七十五次重大破坏事故和一千八百次爆破，导致中央集团军群地域内火车运行从八月四日起中断四十八小时。”
所有通往奥廖尔的道路上满是撤退的德军，大量的部队与技术装备聚集在奥卡河的码头。苏联空军对撤退中德军的空袭在五天内达到九千八百架次，猛烈的轰炸甚至炸死了德国的第46装甲军军长汉斯·左恩上将。另一方面，八月三日俄军布良斯克方面军第3、第63集团军开始接近奥廖尔，一位叫古尔基耶夫的“斯大林格勒的战斗英雄”俄国（第308师）师长在城市的郊区阵亡的事迹激励着俄军的斗志。不过，连绵大雨后造成的泥泞道路以及德国工兵埋设的地雷仍在无情地迟滞着俄军的快速推进。
八月三日，俄军在德国南方集团军群方向发起了“鲁缅采夫统帅”战役。曼施坦因元帅过份自信地将他的部队配置在进攻库尔斯克的占领地域，而不是撤回过去驻守更易防守的阵地，加剧了德军的困难。当俄国人在大举反攻的时候，这位德国元帅研判局势的能力如此地麻木不仁，还在不切实际地谋筹着要消灭俄军主力，导致大量的德军单位在运动中，在野外而不是工事内被击溃或蒙受本不该有的重创。
不过南部的俄军仍然面临着一场苦战，他们将直到八月五日才突破了德军的阵地，楔入到德方防线六十公里。希特勒不顾克卢格元帅和莫德尔将军的极力反对，从中央集团军群调走了“大德意志”师和第7装甲师用于填补南线的缺口。到战役结束时，曼施坦因的部队至少损失了二十万人左右暨大量的技术兵器。
八月四日全天，奥廖尔城内展开激烈的巷战，无路可逃的德军且战且退，向市中心撤退，按照莫德尔将军命令，他们绝望地爆破、焚毁市政建筑、住宅和生产工厂等，并在建筑物的废墟间埋设着延期地雷或诡雷。八月四日傍晚，奥廖尔城的东部已被俄国第3集团军、第63集团军占领，夜间俄军开始强渡奥卡河，以夺取西部城区。其他的俄国部队第3集团军第269、308两个步兵师已从北面暨东面突入了奥廖尔市，西城区的德军腹背受敌，包围圈越来越小了。。。。。。奥廖尔城里的德军（有的是敢死队）以自我的牺牲精神为整个中央集团军群赢得了后撤的时间。八月五日拂晓，被俄军团团包围着的承载着莫德尔将军太多荣耀的城市奥廖尔终于失守了。也是在这一天，南部重镇别尔哥德罗也同时失守。
得益于德国航空兵的全力掩护下，莫德尔将军精心地指挥着两个集团军步步后撤，从一个防御区退到另一个防御区，这是一次全面的井然有序地撤退。“不过，原本准备撤退时尽可能发动的攻势已无法实行。”俄军在后面尾追，但无法截断到莫德尔兵团的任何主力。八月十四日，希特勒任命新提拔的步兵中将洛塔尔·伦杜利克来接任第2装甲集团军司令的职务。八月十七日夜，中央集�