А обороняться немцы умели. Они со времен короля Фридриха считали, что устоять легче, чем победить. В вермахт были перенесены традиции Первой мировой войны и опыт организации и ведения обороны. Немцы быстро и умело создавали систему огня с учетом особенностей местности. И упорно, всеми силами удерживали опорные пункты на флангах участков прорыва. Рокоссовский в своем отчете подчеркнул, что одной из причин неудачного исхода операции являются «умело построенная оборона противника, насыщенная огневыми средствами, наличием противотанковых и противопехотных препятствий, умелый маневр резервами и эффективные контратаки».
8 сентября маршал Б.М. Шапошников, видя бесперспективность дальнейших атак, приказал прекратить Духовщинскую операцию и перейти к обороне. Хотя цели, поставленные Ставкой, не были достигнуты, противнику в ходе операции удалось нанести значительные потери. Командующий 19-й армией И.С. Конев 11 сентября 1941 г. был назначен на должность командующего войсками Западного фронта с одновременным присвоением ему звания генерал-полковника.
Враг тоже подвел итоги боев в районе Духовщины:
«16.09. Оборонительные бои на Днепре и Вопи были закончены. Путем напряжения всех сил и максимального применения дивизий удалось, после потери территории, не имеющей решающего значения, отразить наступление Тимошенко в целях взятия обратно Смоленска, предпринятого при превосходстве в живой силе и вооружении, и благодаря этому обеспечить возможность большого успеха под Ленинградом и Киевом. При этом сами дивизии понесли тяжелые потери.
Гораздо большими, однако, были потери у наступающих, которые примитивным образом посылали свои батальоны в бой цепь за цепью. Неповоротливость управления, неумение русских использовать местные успехи путем нанесения дальнейших ударов позволяли контратаками даже меньшими силами восстановить положение и захватить пленных <…>.
Несмотря на тяжелый кризис и огромнейшие потери, войскам и впредь удавалось локализовать прорывы противника. В этих боях Тимошенко израсходовал свои дивизии<…>.
Прибывшее пополнение [русских] было плохо обучено. Таким образом, были созданы предпосылки для исключительных в своем роде успехов в последующей затем вяземской битве». И далее:
«В ходе боев было взято в плен приблизительно 7 тыс. человек. Трофеи: 316 танков и разведывательных бронемашин, орудий — 128, автомашин всех видов — 2159, тракторов — 26.
Собственные потери: общие потери убитыми, пропавшими без вести, ранеными (8, 28, 161, 87, 285, 162, 86-й пд, 14-й моторизованной и 7-й танковой дивизий) — 13 687 человек (офицеров — 476).