Помимо перемен в Верховном Главнокомандовании в первые дни войны было совершено немало и других изменений в руководстве вооруженных сил на разных уровнях, что является обычным для истории явлением в тех случаях, когда армия терпит сильные поражения. В начале июля с поста командующего Северо-Западного фронта был снят Ф.И. Кузнецов, а на его место назначен генерал-майор П.П. Собенников. Однако в августе последний был также снят с этого поста. Снято было все руководство Западного фронта, который возглавил с 19 июля генерал-лейтенант А.И. Еременко. В отношении же бывших руководителей Западного фронта были приняты жестокие меры. Вместе с командующим 4-й армии А.А. Коробковым были арестованы командующий Западным фронтом Д.Г. Павлов, начальник штаба В.Е. Климовских, начальник связи Западного фронта А.Т. Григорьев. Их огульно обвинили в трусости, бездействии, нераспорядительности, в сознательном развале управления войсками и сдаче оружия противника без боя и 22 июля все они были расстреляны.

10 июля было принято решение поставить над командующими фронтами три Главные командования: Северо-Западное во главе с К.Е. Ворошиловым (член Военного совета А.А. Жданов), Западное во главе с С.К. Тимошенко (член Военного совета Н.А. Булганин), Юго-Западное во главе с С.М. Буденным (член Военного совета Н.С. Хрущев). После первых поражений в приграничных сражениях Советское руководство во главе со Сталиным планировало дать отпор гитлеровским войскам и остановить их продвижение к востоку от Ленинграда, Москвы и Киева.

В беседе с личным представителем президента США Гарри Гопкинсом, состоявшейся 30 июля, Сталин заявил, что около 70% всех военных заводов находится в районах, центрами которых являются Ленинград, Москва и Киев. Как заметил Г.Гопкинс, из слов Сталина он "вынес впечатление, что, если бы немецкая армия могла продвинуться примерно на 150 миль к востоку от этих центров, она уничтожила бы почти 75% промышленного потенциала России". Поэтому Сталин выражал надежду на то, что "в зимние месяцы фронт будет проходить под Москвой, Киевом и Ленинградом". Кроме того, Сталин рассчитывал, что "немцам будет трудно предпринимать наступательные действия после 1 сентября, когда начнутся сильные дожди, а после 1 октября дороги будут настолько плохи, что им придется перейти к обороне".

Еще в начале июля, как отмечал В. Карпов, "Сталин принял решение срочно построить второй стратегический эшелон обороны по течению рек Западная Двина и Днепр, чтобы не допустить продвижения противника на Москву. Для осуществления той задачи Сталин выделил из своего стратегического резерва 22-ю, 19-ю, 20-ю, 16-ю и 21-ю армии и включил их в состав Западного фронта, которым командовал Тимошенко".

Однако, как писал Карпов, "эти армии не успели создать прочную оборону на указанном им рубеже, немцы с ходу форсировали Днепр, несмотря на то, что их полевые армии отстали от танковых соединений, вырвавшихся далеко вперед". К тому же к началу Смоленского сражения немцы добились перевеса своих сил над советскими частями на рубеже Западная Двина – Днепр: по живой силе – 1,6: 1, по танкам – 7:1, по самолетам – 2:1, по орудиям и минометам – 1,8:1. 10 и 11 июля немецкие войска форсировали Днепр и двинулись к Смоленску.

Карпов писал: "Три наших армии оказались в тылу наступающих… На первом этапе Смоленского сражения подвижные войска противника прорвались в глубину и окружили наши войска в районе Могилева, захватили Оршу, Ельню и Кричев. Танковая группа Готта овладела Витебском".

Как отмечалось в "ИВОВ", "с первых же дней сражения борьба приняла исключительно острый характер. Несмотря на то, что наступавшие немецкие части обладали большим превосходством в танках и авиации, они повсюду встречали активное противодействие. Советские войска отвечали на атаки противника контратаками и контрударами… Особенно следует подчеркнуть ту огромную роль, которую сыграла в этот период артиллерия. В условиях, когда советские войска имели мало танков и авиация противника господствовала в воздухе, артиллерия явилась почти единственным средством борьбы с неприятельскими танками и авиацией. В начале Смоленского сражения Красная Армия получила замечательное оружие – реактивную артиллерию. Впервые это оружие было применено в боях северо-западнее Смоленска в полосе действий 20-й армии".

Маршал Советского Союза А.Е. Еременко вспоминал: "Новое оружие мы испытали под Рудней. 15 июля во второй половине дня непривычный рев ракетных мин потряс воздух. Как краснохвостые кометы, метнулись мины вверх. Частые и мощные разрывы поразили слух и зрение тяжким грохотом и ослепительным блеском. Эффект одновременного разрыва многих десяток мин превзошел все ожидания. Солдаты противника в панике бросились бежать. Попятились и наши солдаты, находившиеся на переднем крае вблизи разрывов (в целях сохранения тайны никто не был предупрежден о намеченном использовании этого оружия)".

Постоянное наращивание оборонного потенциала позволяло советским воинам упорно отстаивать линии обороны. Немецкий генерал Блюментрит писал: "Основная масса русской армии, вдохновляемая комиссарами, стойко сражалась до конца. Очень неприятным сюрпризом было появление советских образцов оружия, превосходящих по своим боевым качествам немецкие, например, танк Т-34, против которого немецкие противотанковые орудия были бессильны". Немецкий генерал Фредборг замечал: "Германский солдат встретил противника, который с фанатическими упорством держался за свое политическое кредо и блицнаступлению немцев противопоставил тотальное сопротивление".

К.Типпельскирх писал: "После того, как русские оправились от внезапности, они оказали упорное сопротивление танковым группам и начали вводить подтягивающиеся с юга, востока и северо-востока резервы против 4-й танковой армии". Генерал Бутлар подчеркивал: "Окруженные в результате ударов обеих танковых групп войска противника продолжали оказывать упорное сопротивление. С целью освобождения своих окруженных войск русское командование предприняло попытку прорвать тонкое кольцо окружения, образованное танковыми группами и глубоко вдавшиеся в расположение русских. Крупные силы противника нанесли ряд мощных контрударов с юга, востока и северо-востока по внешнему фронту окружения. Отбивая непрерывные контратаки окруженных и деблокирующих войск противника, танковые группы нередко оказывались в весьма критическом положении".