Очень тяжелым было и положение 3-й армии генерала Крейзера, которая вела бои в районе Дмитровск – Орловский. Она понесла огромные потери, и из окружения в районе северо-восточнее Поныри смогли пробиться только три тысячи человек.
Соединения 13-й армии генерала Городнянского изначально пробивались на юго-восток, в общем направлении на Севск. В результате на дороге южнее Злобино образовалась брешь шириной в 4 километра, которую командование 2-й танковой группы своевременно закрыть не могло, и через нее начали просачиваться мелкие группы из 13-й армии. Однако во второй половине дня 16 октября немецкому мотоциклетному батальону, продвигавшемуся с юга, удалось установить связь с 3-м батальоном 156-го пехотного полка и таким образом закрыть брешь. Только отдельным советским частям удалось в ночь на 17 октября прорваться в направлении моста через реку Свапа.
Итоги сражения под Вязьмой и Брянском были тяжелейшими для советских войск. Согласно предварительным оценкам ОКХ от 14 октября 1941 года, в плену оказалось свыше 500 тысяч советских солдат и офицеров. Немецкими войсками было захвачено 3 тысячи орудий, 800 танков и другая техника. Чуть позже, к 18 октября, 2-я полевая армия доносила о пленении еще 55 тысяч человек и захвате 477 орудий, 21 танка, 1066 автомашин и другой техники. В итоговой сводке германского верховного командования вскоре появились сообщения о взятии в плен 663 тысяч красноармейцев и командиров, уничтожении или захвате 1242 танков и 5412 орудий. По недавно опубликованным данным, за первые 2–3 недели боев под Москвой Красная Армия лишилась до одного миллиона человек, из которых (по немецким источникам) около 688 тысяч пленными.
Таким образом, спустя всего полмесяца после поражения под Киевом Красную Армию постигло под Вязьмой новое величайшее бедствие. В советской стратегической обороне на московском направлении образовалась брешь шириной около 500 километров, закрыть которую практически было нечем. 8 октября 1941 года отдел по изучению иностранных армий Востока Генштаба ОКХ констатировал, что противник не имеет в своем распоряжении крупных сил, чтобы остановить продвижение немецких войск восточнее Вязьмы. Но немецкое командование, будучи в эйфории от одержанных побед, отступило от важнейшего закона военного искусства – сосредоточения сил на направлении главного удара – и решило расширить полосу наступления на север.
8 октября 1941 года в 23 часа 10 минут штаб ОКХ направил директиву штабу группы армий «Центр», из которой следовало, что Гитлер принял решение высвободить 3-ю танковую группу у Вязьмы (выполнение ее задач возлагалось на 4-ю танковую группу) и как можно скорее направить танки Гота в общем северном направлении для участия совместно с частями северного фланга 9-й армии и южного фланга 16-й армии в операции по уничтожению противника в районе между городами Белый и Осташков. Предполагалось, что наступление 16-й армии из состава группы армий «Север» и 9-й армии и 3-й танковой группы из состава группы армий «Центр» навстречу друг другу в случае успеха могло поставить в критическое положение не только советский Северо-Западный фронт, но и все силы Красной Армии, действующие на северном фланге советско-германского фронта.