Все внимание Ставки ВГК в эти дни было приковано к трем направлениям - орловскому, курскому и харьковскому. Для их прикрытия из состава Резервного фронта еще 1 октября Сталин приказал выделить 49-ю армию. Ее дивизии должны были начать погрузку в железнодорожные эшелоны в период со 2 по 4 октября. Для ликвидации противника, прорвавшегося в районе Глухова, Севска, 2 октября началось формирование 1-го гвардейского стрелкового корпуса под командованием генерал-майора Д. Д. Лелюшенко. В виде группы войск он развертывался в районе Мценска и состоял из 5-й и 6-й гвардейских стрелковых дивизий, 4-й и 11-й танковых бригад, частей 5-го воздушно-десантного корпуса, Тульского военного училища, 36-го мотоциклетного полка и полка пограничников. Одновременно для действий по противнику, наступавшему на орловском направлении, была выделена авиагруппа в составе 5 авиадивизий из резерва Ставки ВГК. Командование этой группой возлагалось на представителя Ставки при Брянском фронте полковника И. Н. Рухле.
3 октября глубина продвижения немцев на Западном фронте возросла до 50 км, а на Резервном - до 80 км. В полосе фронта Еременко части врага, преодолев почти 200 км, ворвались в Орел. Этот город на 30 сентября 1941 года находился на расстоянии 200–250 км от переднего края и не входил в зону ответственности Брянского фронта. В Орле находился штаб Орловского военного округа, который возглавлял генерал-лейтенант A. A. Тюрин. В городе было 4 артиллерийских противотанковых полка, гаубичный артполк, а также имелось 10 тыс. бутылок с горючей смесью. Еще 30 сентября Еременко по телефону предупредил НШ ОрВО об осложнении обстановки, его заверили, что город готов к обороне, но все вышло иначе. По словам Гудериана, "захват города произошел для противника настолько неожиданно, что, когда наши танки ворвались в Орел, в городе еще ходили трамваи". Одновременно дивизии 47-го корпуса того же Гудериана перерезали тылы армии Городнянского и начали выход на тылы 3-й армии генерал-майора Я. Г. Крейзера. Над войсками Брянского фронта нависла угроза окружения. Сгустились тучи над Западным и Резервным фронтами.
В сводке ОКХ от 3 октября отмечалось, что во второй половине дня части 3-й танковой группы "прорвались к Днепру восточнее Холм-Жирковский и захватили в неповрежденном состоянии два моста. Южнее города разгорелось танковое сражение с подошедшими русскими танковыми частями". Это означало, что противник нанес удар по 32-й армии генерал-майора С. В. Вишневского и вклинился в первую полосу Ржевско-Вяземского рубежа обороны. Полная незащищенность левого крыла войск Конева и прорыв немцев к Днепру создали реальную угрозу их выхода на тылы Западного фронта.
Оказавшиеся на направлениях главных ударов противника советские войска отходили с большими потерями. Тем не менее они огнем и контратаками пытались сдержать его наступление. 3 октября в районе к югу от г. Белый нанесли контрудары части 242-й стрелковой и 107-й мотострелковой дивизий генерал-майора К. А. Коваленко и полковника П. Г. Чанчибадзе; южнее Холм-Жирковского - 128-я танковая бригада, входившая в оперативную группу генерал-лейтенанта И. В. Болдина; в направлении на Середину Буду (30 км западнее Севска) - части 6-й и 298-й стрелковых дивизий полковников М. Д. Гришина и М. Е. Ерохина. С тяжелыми боями пробивалась на восток для прикрытия городка Дмитриев-Льговский группа Ермакова. Вечером того же дня генерал А. И. Еременко обратился к начальнику Генерального штаба с предложением отвести войска фронта на тыловой рубеж, но маршал Советского Союза Шапошников его вежливо отклонил.
4 октября бои с неослабевающей силой велись на всех направлениях. Особенно напряженными они были в полосе Западного фронта. В районе Холм-Жирковского группа Болдина подбила 38 немецких танков, несколько затормозив продвижение дивизий группы Гота. В полосе 19-й армии противник был задержан. Однако другие его ударные группировки продолжали развивать успех в направлении Вязьмы, охватывая советские войска, удерживавшие позиции между флангами прорыва в 100–110 км к западу от города. Вероятность их окружения превращалась в реальность. "В связи с создавшимся положением, - вспоминал впоследствии Конев, - я 4 октября доложил Сталину об обстановке на Западном фронте и о прорыве обороны на участке Резервного фронта… а также об угрозе выхода крупной группировки противника в тыл войскам… Сталин выслушал меня, однако не принял никакого решения. Связь оборвалась, и дальнейший разговор прекратился…"
А между тем обстановка накалялась.
Отказ советского стратегического руководства от отвода войск был на руку командованию вермахта: ведь войска Красной армии продолжали удерживать фронт между флангами участков прорыва, тогда как танковые клещи находились уже далеко у них в тылу, в 45 км от Вязьмы. Такое расположение еще более способствовало их окружению.
Генерал Конев решил прикрыть с севера путь на Вязьму силами группы Болдина, а с юга - 16-й армией. 5 октября в 18 часов 50 минут он подписал директиву: "Командарму-16 Рокоссовскому немедленно приказываю участок 16-й армии передать командарму-20 Ершакову. Самому с управлением армии и необходимыми средствами прибыть форсированным маршем не позднее утра 6.10 в Вязьму… Задача армии - задержать наступление противника на Вязьму, наступающего с юга из района Спас-Деменска…"
В 19 часов 25 минут начальник Генерального штаба передал Коневу: "Ставка ВГК согласно Вашему предложению разрешила Вам сегодня ночью начать отход". Одновременно Ставка приняла решение об отводе в ночь на 6 октября войск Резервного и Брянского фронтов.
В это же время Сталин передал распоряжение генералу Жукову, находившемуся в Ленинграде, немедленно вылететь в Москву. Государственный Комитет Обороны принял решение о защите столицы и дал указание о переброске войск под Москву с Северо-Западного и Юго-Западного фронтов, о выдвижении резервов Ставки из глубины страны.
Согласно приказу Военного совета Западного фронта, подписанному 6 октября в 5 часов 45 минут, первыми должны были начать отход войска 19-й и 20-й армий, остальные - спустя сутки. Одновременно уточнялась задача армии Рокоссовского: ей предписывалось сосредоточиться в районе севернее Вязьмы и действовать не только в южном, но и в северном направлении.
К сожалению, приказ ни в коей мере не соответствовал обстановке. Во-первых, он был отдан с опозданием на двое-трое суток, поэтому войска отходили на рубеж, который противник уже успел частично захватить. Во-вторых, дивизии 16-й армии не могли физически в течение одной ночи по бездорожью преодолеть расстояние 100–110 км. В-третьих, эти самые дивизии по-прежнему вели бои с превосходившими силами врага, причем оторваться от немцев им так и не удалось. И поэтому вполне естественным выглядит то положение, в котором оказался генерал Рокоссовский по прибытии в назначенный район. Во второй половине 6 октября он получил исчерпывающий доклад начальника гарнизона города генерала И. С. Никитина: "В Вязьме никаких войск нет и в окрестностях тоже. Имею только милицию". А буквально через несколько минут Рокоссовскому и его штабу пришлось поспешно покидать город, чтобы не попасть в руки немецкому передовому отряду, ворвавшемуся в Вязьму.