Войска 2-й танковой армии к началу операции, по сравнению с 1 июля, были усилены 7-м гвардейским механизированным корпусом генерал-лейтенанта танковых войск И.П. Корчагина.
К началу операции войска Центрального фронта не успели отдохнуть после ожесточенных боев на Курской дуге и восполнить потери. Их необходимо было обеспечить продовольствием, боеприпасами, фуражом и горючим. С этой целью все базы и склады были приближены к войскам. В связи с тем, что предстояло форсировать такие крупные реки как Десна, Сож и Днепр, был создан необходимый резерв переправочных средств. Однако все мероприятия не удалось завершить к началу наступления, намеченному на 24 августа. Для полной подготовки войск потребовалось еще двое суток.
26 августа Центральный фронт после мощной артиллерийской и авиационной подготовки перешел в наступление. Противник, имея данные о возможном наступлении войск фронта, сразу же оказал ожесточенное сопротивление. Войска 65-й армии после упорных боев прорвали его оборону, форсировали р. Сева и захватили плацдарм, который к утру 27 августа был расширен по фронту до 20 км и в глубину до 10 км. В тот же день части 60-й и 193-й стрелковых дивизий при поддержке 103-й танковой и 68-й пушечной артиллерийской бригад освободили Севск.
Противник, стремясь остановить продвижение 65-й армии, перебросил в район Севска две пехотные и две танковые дивизии из 9-й армии и резерва. Это вынудило командующего армией генерала П.И. Батова принять решение о временном переходе к обороне и переброске всех резервов на помощь 18-му стрелковому корпусу. К угрожаемому участку подтягивались части 2-й танковой армии, которые должны были разгромить контратакующую группировку врага. Однако командующий Центральным фронтом вечером 28 августа изменил задачу 2-й танковой армии, перегруппировав ее в полосу 60-й армии.
Чем же было вызвано такое решение? В полосе 60-й армии события развивались стремительно. 27 августа командующий армией генерал И.Д. Черняховский для развития оперативного успеха ввел в сражение 9-й танковый корпус генерал-майора танковых войск Г.С. Рудченко. Он совместно с частями 17-го гвардейского стрелкового корпуса при поддержке огня артиллерии и ударов авиации начал быстрое продвижение вперед. В результате войска 60-й армии преодолели промежуточный рубеж обороны противника, продвинувшись к исходу дня более чем на 15 км.
Ввод в сражение новых сил вынудил противника ослабить сопротивление перед войсками 65-й армии. Они через Брянские и Хинельские леса устремились вперед, создавая вместе с соседями угрозу окружения вражеской группировки западнее р. Сев. 30 августа соединения 60-й армии с участием 23-й танковой бригады 9-го танкового корпуса освободили Глухов. На следующий день части 121-й стрелковой дивизии 60-й армии вступили в Рыльск. К исходу дня 1 сентября 9-й танковый корпус занял г. Кролевец, 2 сентября соединения 60-й армии вступили в Путивль, а на следующий день – в Белополье.
К этому времени было принято решение о выводе в резерв Ставки ВГК полевого управления 2-й танковой армии с 3-м и 16-м танковыми корпусами, 11-й гвардейской отдельной танковой бригадой, 51-м отдельным мотоциклетным батальоном, 14-м отдельным разведывательным батальоном, 86-м гвардейским минометным полком, с частями боевого обеспечения, учреждениями обслуживания и армейскими тылами. Войска армии по директиве № 40616 Генштаба от 2 сентября должны были с 4 по 7 сентября сосредоточиться в районе г. Льгов. Части и соединения предписывалось отправить со всем личным составом, вооружением, транспортом и имуществом. Все танки и САУ, кроме командирских танков, были переданы 7-му гвардейскому механизированному корпусу, остающемуся в распоряжении командующего 60-й армией. Перегруппировку войск требовалось совершать ночными маршами с соблюдением мер маскировки[409].
Войска 2-й танковой армии, как того требовала директива Генштаба, к исходу дня 7 сентября сосредоточились в районе Льгова[410]. На этом ее участие в Черниговско-Полтавской операции завершилось. Войска Центрального фронта, уже без 2-й танковой армии, продолжили наступление. Они форсировали Днепр и к концу сентября 1943 г. закрепились на захваченных плацдармах на реках Днепр, Припять, Сож.
