25 июля войска генералов Горбатова и Колпакчи перешли в наступление, нанося главные удары своими заходящими флангами с целью двойного охвата Орла. Опираясь на сильную и глубокую оборонительную полосу, противник оказывал ожесточённое сопротивление. Немецкая авиация интенсивно бомбила наши части. Пехота и танки немцев, поддержанные сильным огнём артиллерии, неоднократно переходили в контратаки.
С тяжёлыми боями наши части медленно продвигались вперёд, занимая один за другим немецкие опорные пункты. Вклинившись своим правым флангом во вражескую оборону, войска ген. Горбатова к 28 июля вышли на рубеж Шумова, Савенково. Одновременно левофланговые части ген. Колпакчи овладели рубежом Гремячий, южная окраина Становой Колодезь, Оловянниково.
В это время войска генералов Баграмяна и Белова, разгромив болховскую группировку противника и овладев городом Болхов, 30 июля вышли на рубеж Ильинское, Борилово, Павловский, Подчернево, угрожая флангу и тылу немецких войск, оборонявшихся в районе Орла.
Немецкое командование, видя непосредственную угрозу окружения, нависшую над орловской группировкой и, напрягая последние силы чтобы сдержать наше наступление во фланг и тыл немецким войскам, в ночь на 1 августа начало поспешно выводить свои части из орловского мешка. Незаметно оттянуть свои главные силы, прикрываясь арьергардами, — таков был расчёт врага. Но осуществить это ему не удалось. Своевременно вскрыв, этот манёвр, части Красной Армии повели неотвязное преследование противника и не дали его главным силам оторваться.
1 августа войска генералов Горбатова и Колпакчи возобновил наступление. Преодолевая сопротивление вражеских арьергардов, они к 3 августа вышли на рубеж Заря Свободы, Вязки, Крутая Гора, Михайловка, Журавка, охватив Орёл полукольцом с севера, востока и юга. Пытавшиеся отойти из района Орла немецкие войска несли большие потери от ударов) нашей авиации, беспрерывно бомбившей пути их отхода, и от преследующих их наших частей.
В это время специально выделенные немецким командованием части продолжали ожесточённое сопротивление на подступах к Орлу, стремясь задержать наше наступление и обеспечить эвакуацию города. Немцы укрепили здесь каждую высоту, каждый населённый пункт. Широко развитая сеть заграждении, в особенности минные поля, затрудняла наше продвижение. Артиллерия и авиация противника напряжённым огнём и интенсивными атаками с воздуха поддерживали свои наземные войска.
Немцы спешно эвакуировали Орёл, вывозя оттуда награбленное имущество и утоняя в тыл местное население. 3 августа враг начал взрывать в городе здания, промышленные предприятия и склады. В ночь на 4 августа войска ген. Колпакчи приступили к штурму города, нанося удары с юга и с востока На другой день утром перешли в наступление и войска ген. Горбатова. На рассвете 4 августа части 5-й стрелковой дивизии под командованием Героя Советского Союза полковника Михалицына ворвались в город с востока; одновременно с ними ворвались в Орёл части 380-й стрелковой дивизии полковника Кустова (левофланговая дивизия войск ген. Горбатова). 129-я стрелковая дивизия ген. Панчука в это время завязала бои на южной окраине города. Охватывая с флангов опорные пункты противника и преодолевая его упорное сопротивление, наши части очищали город от немцев. Противник яростно Сопротивлялся. Весь день 4 августа шли напряжённые уличные бои. Только к вечеру удалось очистить от противника восточную часть Орла. Наши передовые подразделения, преследуя врага, на его плечах форсировали р. Ока и ворвались в западную часть города. Пока шли уличные бои, правое крыло войск ген. Горбатова прорвало сильно укреплённый оборонительный рубеж противника на р. Неполодь и. обошло город с запада, отрезав пути для отхода остаткам орловской группировки немцев; в то же время левое крыло войск ген. Колпакчи ударом с юга на Саханский завершило их окружение.