Противник, продолжая свое наступление на южном направлении, захватил Кривой Рог, Кировоград, Николаев, полностью блокировал Одессу, окружил войска 6-й общевойсковой армии и пленил ее командарма генерала И.Н. Музыченко. Это обстоятельство заставило Ставку ВГК 16 августа 1941 г. принять знаменитый приказ № 270, в соответствии с которым все бойцы и командиры, попавшие или сдавшиеся в плен противнику, объявлялись врагами народа, а члены их семей подлежали высылке и лишению всех социальных выплат и пособий(аттестатов) на весь период войны. Этот же приказ обязал расстреливать на месте всех дезертиров и трусов, невзирая на их прежние заслуги, должности и звания. В период «горбачевской перестройки» вина за принятие этого приказа целиком возлагалась на И.В. Сталина, поскольку, по мнению ряда авторов (А. Мерцалов, М. Семиряга), такая патологическая жестокость была имманентно присуща сталинизму. Однако если взглянуть на подлинник этого приказа, то можно без особого труда рассмотреть на нем подписи всех тогдашних членов Ставки ВГК — И.В. Сталина, В.М. Молотова, К.Е. Ворошилова, С.М. Буденного, Б.М. Шапошникова, С.К. Тимошенко и Г.К. Жукова.
19 августа по решению Ставки был образован Брянский фронт во главе с генерал-полковником А.И. Еременко, главными задачами которого должны были стать:
1) прикрытие правого фланга войск Юго-Западного фронта от возможного флангового удара противника из района Прилуки — Конотоп;
2) разгром 2-й танковой группы Г. Гудериана;
3) создание надежного прикрытия на дальних подступах к Москве с орловско-тульского направления.
30 августа войска 24-й (К. Ракутин) и 43-й (Д. Селезнев) армий Резервного фронта приступили к реализации Ельнинской наступательной операции, которая закончилась 8 сентября полным разгромом пяти дивизий 4-й армии фельдмаршала Г. Клюге и ликвидацией крайне опасного для Москвы ельнинского плацдарма. В отечественной исторической науке операция под Ельней всегда оценивалась как первая крупная наступательная операция первого периода войны, которая имела не только большое военно-тактическое, но и огромное морально-психологическое значение. Однако в западной историографии (Д. Боффа, Н. Верт) до сих пор господствует мнение, что бои под Ельней имели небольшой тактический успех, который был сознательно разрекламирован советской пропагандой.
В начале сентября 1941 г. резко обострилась ситуация и на южном участке фронта, где военно-политическое руководство Юго-Западным направлением — маршал С.М. Буденный и Н.С. Хрущев практически полностью потеряло контроль за оперативной обстановкой:
а) Войска Брянского фронта (А.И. Еременко) так и не смогли выполнить поставленную задачу. Части 2-й танковой группы (Г. Гудериан) и 2-й полевой армии (Г. Шоберт) вермахта, совершив обходный маневр, глубоко вклинились в расположение Юго-Западного фронта в районе Чернигов — Конотоп.
б) Войска Южного фронта (И.В. Тюленев) под давлением превосходящих сил 17-й полевой армии (Р. Руофф) и 1-й танковой группы (Э. Клейста) вынуждены были оставить Запорожье, Днепропетровск и Кременчуг и отойти на левый берег Днепра.
в) Войска Юго-Западного фронта (М.П. Кирпонос), неся огромные потери, продолжали с огромным трудом сдерживать натиск 6-й полевой армии (В. Рейхенау), наступавшей на киевском направлении.
В создавшейся обстановке Ставка назначила новым командующим Юго-Западным направлением маршала С.К. Тимошенко и приказала начать отвод войск Юго-Западного фронта на новую линию обороны к реке Псел. Однако 12 сентября противник силами 1-й танковой группы Э. Клейста, перейдя в наступление с кременчугского плацдарма, прорвал оборону 38-й армии генерал-майора Н.В. Фекленко и начал стремительно продвигаться к Киеву. В том же направлении с конотопского плацдарма устремились передовые части 2-й танковой группы Г. Гудериана, которые 15 сентября в районе села Лохвица замкнули кольцо окружения советских войск. В результате этих трагических событий в окружение попали части и соединения 5-й (М. Потапов), 21-й (В. Кузнецов), 26-й (Ф. Костенко), 37-й (А. Власов) и 38-й (Н. Фекленко) армий, общей численностью 450 тысяч солдат и офицеров.
Прорваться из огненного мешка удалось очень немногим: более 100 тысяч солдат и офицеров, в том числе командующий фронтом генерал-полковник М.П. Кирпонос и начальник штаба фронта генерал-майор В.И. Тупиков, приняли геройскую смерть, а более 300 тысяч солдат и офицеров были взяты в плен. 19 сентября 1941 г. передовые части 6-й полевой армии фельдмаршала В. Рейхенау заняли Киев, падение которого стало тяжелым ударом для всей страны.