1943年8月下旬至9月初，东线战场的战略态势发生了根本性转变。随着苏军在库尔斯克战役后转入全面战略反攻，德军被迫从攻势转为守势。在别尔哥罗德-哈尔科夫攻势与奥尔洛夫攻势的巨大压力下，德军中央集团军群的侧翼受到严重威胁。尽管德军最高统帅部仍试图向斯摩棱斯克和罗斯拉夫尔方向增兵，并从奥尔洛夫地区抽调部队，但这一调整反而在斯摩棱斯克与布良斯克以南形成了一个巨大的战略突出部，为苏军的下一步进攻创造了有利条件。
面对急剧变化的战场形势，苏军最高统帅部敏锐地意识到，原先指向罗斯拉夫尔及布良斯克西南的进攻轴线已失去战略价值。经过周密研判，统帅部果断决定将主攻方向调整为西面的叶利尼亚与斯摩棱斯克。这一决策不仅旨在夺取具有重要象征意义的斯摩棱斯克，更着眼于切断德军中央与北方集团军群之间的联系，为后续解放白俄罗斯奠定基础。德军方面则依托杰斯纳河与乌格拉河的沼泽地带，在斯摩棱斯克周边构筑了纵深梯次配置的坚固防御体系，包括密集的雷区、永备火力点及高地机枪阵地，做好了长期固守的准备。
叶利尼亚-多罗戈布日攻势是斯摩棱斯克战役第二阶段的核心作战行动。苏军投入了第10近卫集团军、第21集团军、第33集团军及三个坦克军、一个机械化军的强大兵力，并得到第1航空集团军的空中支援。在约36公里的狭窄突破地段上，苏军形成了显著的兵力火力优势。经过近一周的战役准备与物资囤积，尽管后勤补给仅能维持一至两周，但决定性的攻势已于8月28日拂晓打响。
长达90分钟的毁灭性炮火准备彻底动摇了德军的防御体系。在航空兵的有力配合下，苏军首日即突破德军防线25公里，纵深推进6至8公里。次日，投入战役的第2近卫坦克军迅猛突进30公里，直抵叶利尼亚城郊。德军来不及重组防线，便在苏军的钳形攻势下陷入包围。8月30日，德军被迫弃守叶利尼亚，在撤退途中遭受重大伤亡。至9月3日，苏军先头部队已进抵第聂伯河东岸，取得了战役的关键性胜利。
在布良斯克地域，战局的发展同样出乎德军预料。苏军布良斯克方面军在指挥官马基恩·波波夫的出色指挥下，没有拘泥于既定进攻轴线，而是利用德军防御的薄弱环节，出其不意地攻占了杜霍夫希纳地区的制高点。这一机动行动俘获了大量未及展开战斗准备的德军士兵，彻底打乱了德军的防御部署。
借此良机，苏军最高统帅部迅速调整部署，将白俄罗斯第1方面军与西方面军的结合部向南延伸，以两个新生集团军兵力对杜霍夫希纳和布良斯克实施钳形突击。德军在南北受敌的情况下，防线开始动摇，被迫向第聂伯河一线实施战术撤退。苏军的这一系列机动作战，充分体现了中级指挥员的主动性与战场应变能力。
至9月6日，整个战线的进攻势头明显减缓。在右翼的亚尔采沃地区，双方在茂密森林中展开了惨烈的拉锯战；中路苏军虽抵达第聂伯河，但未能立即建立稳固的登陆场；左翼部队在叶利尼亚西南的森林地带也遭遇了德军的顽强阻击。此时，连续作战的苏军各部队已极度疲惫，平均兵力仅达编制数的60%，弹药与油料补给也出现困难。9月7日，苏军统帅部下令停止进攻，第二次斯摩棱斯克战役的第二阶段至此告一段落。此阶段作战虽未达成攻占斯摩棱斯克的最终目标，但严重削弱了德军中央集团军群，并将其牢牢牵制在第聂伯河上游地区，为接下来苏军在第聂伯河战役中的全面胜利创造了不可或缺的条件。
