Силы Брянского фронта возглавлял генерал-полковник Андрей Ерёменко. Фронт закрывал 330 км на брянско-калужском и орловско-тульском направлениях. Дорогу на Брянск прикрывала 50-я армия командарма М.П. Петрова, 3-я армия генерал-майора Я.Г. Крейзера закрывала Трубчевское направление, 13-я армия генерал-майора А.М. Городнянского – севское, а оперативная группа генерал-майора А.Н. Ермакова – курское направление. Всего на Брянском фронте было 25 стрелковых, 4 кавалерийские дивизии, 16 артполков, 1 танковая дивизия, 4 танковые бригады. Дивизии были укомплектованы личным составом не полностью. Так, в 50-й армии численность стрелковой дивизии была в среднем равна 8,5 тыс. человек, в 3-й и 13-й армиях по 7,5 тыс. В кавалерийских дивизиях было по 1,5–2 тыс. человек. Подобная же ситуация была в частях Западного и Резервного фронтов. У Брянского фронта было 245 танков.
Общая численность сил всех трёх фронтов насчитывала 1,2 млн человек, 10,5 тыс. орудий и миномётов, примерно 1 тыс. танков. ВВС трёх фронтов насчитывали 548 боевых самолётов. После начала битвы ВВС были усилены 368 бомбардировщиками дальней авиации и 432 самолётами истребительной авиации ПВО Москвы. Таким образом, лишь советские ВВС не уступали в силе немецкой авиации.
Оперативные планы советского командования на западном направлении предусматривали ведение обороны почти по всей линии противостояния. Так, 10 сентября Ставка приказала Западному фронту перейти к обороне, «закопаться в землю» и выделить в резерв 6–7 дивизий за счёт второстепенных направлений, чтобы создать мощную маневренную группировку. Заместитель начальника Генштаба А.М. Василевский предупреждал уже 18 сентября, что немцы готовят удар на ярцевском и ельнинском направлениях. Директивой Ставки войскам Западного фронта 27 сентября предписали перейти в жесткой обороне, разрешались только активные разведывательные действия и частные наступательные операции. Советское командование предполагало, что главный удар немцы нанесут вдоль шоссе по линии Смоленск – Ярцево – Вязьма, в полосе 16-й армии генерала Рокоссовского. Здесь была создана довольно плотная оборона. Средняя укомплектованность дивизий 16-й армии на Западном фронте была самой высокой – 10,7 тыс. человек. Кроме того, у Рокоссовского было 266 орудий, 32 зенитки (для борьбы с танками), танковая бригада. Армия Рокоссовского обороняла фронт длиной в 35 км. Соседняя 19-я армия генерала Лукина обороняла 25 км, имея 3 дивизии в первом эшелоне и 2 дивизии во втором. У 19-й армии было 430 орудий и 56 зениток. Потому на фронте, занимаемом 19-й армией, не наступала ни одна танковая дивизия Вермахта. Надо учесть и тот факт, что за линией обороны 16-й и 19-й армий был создан резервный рубеж, его подготовили соединения 32-й армии Резервного фронта (там были даже батареи тяжёлых морских орудий, которые прикрывали шоссе, мост, железнодорожную линию). Понятно, что если бы немцы ударили вдоль шоссе, то понесли бы серьёзные потери. Но разведка у немцев была организована хорошо…
Другие же опасные направления так хорошо прикрыть просто не было возможности. 30-я армия генерала Хоменко, на которую потом пришёлся основной удар 3-й танковой группы, прикрывала фронт в 50 км, на всю линию обороны было 157 орудий, 24 зенитки. У 30-й армии танков вообще не было.
