Наступление началось 11 августа. Противник нанес удар двумя группами в центре и на правом фланге 61-й армии — аккурат между участками, на которых велось июльское наступление. К 15 августа немцам удалось не только прорвать в двух местах оборону 61-й армии и продвинуться на 25 км, но и окружить три её дивизии (346-ю, 387-ю и 356-ю) в районе Старицы. Ударные группировки противника соединились на рубеже реки Жиздра, подойдя на 15 км к Козельску и одновременно отбросив за реку Рессету левофланговую 322-ю дивизию 16-й армии. В районе Алешинки немцы форсировали Жиздру и переправили на её северный берег 9-ю танковую дивизию и часть 19-й танковой дивизии.
Чтобы парировать удар, новый командующий 16-й армией И. Х. Баграмян лично выехал на свой левый фланг и распорядился срочно перебросить сюда 1-й гвардейский кавалерийский корпус генерал-майора В. К. Баранова (1-я, 2-я и 7-я кавдивизии и 6-я гвардейская танковая бригада). Однако это вовсе не напоминало атаку с шашками на танки — корпус имел сильную артиллерию, включавшую 46 «сорокапяток», 81 орудие калибром 76-мм и 13 122-мм гаубиц. Вместе с кавкорпусом к Жиздре был выброшен и пополненный после июльских боев 10-й танковый корпус — 156 танков, из них 48 КВ, 44 «Матильды» и 64 Т-60, часть из которых только что была сгружена с железнодорожных платформ.
К 10 часам утра 12 августа передовая 11 мотострелковая бригада корпуса вышла к реке Жиздра левее позиций 322-й стрелковой дивизии, переправилась через реку и, сбив охранение противника в районе Дудино, Волосово, перешла к обороне, прикрывая развертывание основных сил корпуса.
Тем временем 178-я и 183-я танковые бригады тоже переправились через Жиздру. По личному приказанию Баграмяна командир корпуса генерал Бурков в 12:30 с хода атаковал передовые части противника. К 14 часам 183-я танковая бригада заняла деревню Починок, 178-я — деревню Белый Верх. Увы, со стороны командарма приказ на контратаку танков без пехотной поддержки был явной ошибкой — несмотря на введение в бой (в 15:00) 186-й танковой бригады, к вечеру корпус, потеряв 35 машин, был вынужден оставить Белый Верх и отойти на рубеж Починок, Перестряж. Гораздо успешнее оказались действия танков из засад — так, КВ лейтенанта Р. В. Шкирянского из 178-й танковой бригады на восточной окраине деревни Белый Верх остановил колонну танков противника, подбив семь из них.
Ночью в расположение 10-го танкового корпуса начали выходить части 1-го гвардейского кавкорпуса. Утром 13 августа атака по противнику была повторена — и опять неудачно; танкисты и кавалеристы были остановлены атакой авиации и мощным встречным ударом немецких танков.
Лишь в ночь на 14 августа командир 10-го танкового корпуса отдал приказ на переход к эшелонированной обороне и действиям из засад. Эта тактика оказалась успешной — несмотря на подход основных сил, в течение дня 14 августа немцы так и не смогли прорвать оборону танкового корпуса. Однако им удалось добиться успеха восточнее, отбросив части 1-й гвардейской кавалерийской дивизии. Пройдя вдоль реки Вытебеть, танки противника заняли Волосово, Бело-Камень и вышли к Жиздре у Дретово. Одновременно враг вклинился и правее, в полосе 2-й гвардейской кавдивизии, заняв Дубну. После этого удержание центра обороны стало бесполезным, и в ночь на 15 августа Баграмян дал приказ на отвод танкового корпуса к реке Жиздра на рубеж Дретово, Поляна. Тем временем части трех дивизий 61-й армии прорвали кольцо окружения и вышли к своим, сохранив целостность, штабы и боевые знамена.
14 августа Гальдер, внимательно следивший за развитием «Вирбельвинда», записал в своем дневнике: