По свидетельству маршала Баграмяна [88] , артподготовка оказалась успешной, пехота противника понесла тяжелые потери (впоследствии пленные показали, что части первого эшелона 211-й и 293-й немецких пехотных дивизий 53-го ак потеряли более половины своего личного состава), большинство оборонительных сооружений – дзотов, блиндажей, бронеколпаков, пулеметных площадок – было разрушено, взорваны минные поля, нарушены хода сообщения, полностью уничтожена противотанковая артиллерия на первой позиции, разбиты артиллерийские и минометные батареи (из 25 разведанных артиллерийских батарей, по которым велся огонь, 13 уничтожены полностью, а 12 выведены из строя в связи с повреждениями орудий и материальной части). По мнению Ивана Баграмяна, столь высокая эффективность огня во многом объяснялась тем, что перед артиллерией были хорошо разведанные цели, заранее распределенные между артиллерийскими частями. С другой стороны, для противодействия артиллерийскому огню такой силы инженерная подготовка оборонительных позиций германских войск оказалась явно недостаточной, что объяснялось недооценкой противника и отсутствием строительного сырья и материалов в необходимом количестве.
Ближе ко времени завершения артподготовки – за 15 минут до начала атаки наземных войск – 65 пикирующих бомбардировщиков типа Пе-2 и 80 штурмовиков Ил-2 из состава 1-й ВА нанесли бомбоштурмовые удары по артиллерийским позициям, огневым точкам и узлам сопротивления главной полосы немецкой обороны, а также сбросили 24 фосфорные бомбы, поставив над передним краем дымовую завесу, которая продержалась около 30 минут [89] . Под прикрытием дымовой завесы в 6 часов 5 минут пехота и танки прорыва перешли в атаку, следуя за огневым валом, который, постепенно продвигаясь вперед, прокладывал им путь в глубину обороны противника. При этом впервые в крупных наступательных операциях Красной армии был применен ложный перенос огня в глубину. По совету маршала Жукова атака ударных соединений 11-й гв. А началась не после артподготовки, а по ходу ее проведения, в момент усиления темпа и мощности огня, чтобы противник не смог определить время перехода советских войск в атаку и не успел организовать свои силы для ее отражения [90] . Согласно последующим свидетельствам [91] , показания пленных подтвердили, что метод проведения артподготовки, принятый в данном наступлении (усиление темпа огня при броске пехоты в атаку и при захвате переднего края обороны), обеспечил полную внезапность. Немецкая пехота, привыкшая к тому, что броску неприятеля в атаку предшествовал наибольший темп огня, а потом перенос его в глубину, вновь ожидала шаблонного переноса огня по глубине, отсиживалась в укрытиях и пропустила начало атаки, благодаря чему советская пехота очень быстро захватила передний край.В связи с тем, что прорыв обороны противника был организован на узком участке, стрелковые корпуса, действовавшие на направлении главного удара, построили свои боевые порядки двумя и даже тремя эшелонами. Так, 8-й гв. ск, наступавший на фронте около 4,5 км, в первом эшелоне развернул две стрелковые дивизии и во втором – одну, так что на каждую дивизию первого эшелона приходилось немногим более 2 км участка прорыва. 36-й гв. ск, также действовавший на фронте около 4,5 км, построил свой боевой порядок в три эшелона – в каждом по одной стрелковой дивизии.
16-й гв. ск развернул в первом эшелоне три дивизии, но эти три соединения получили фронт около 7 км, поэтому каждая дивизия имела участок шириной всего около 2 км.
Дивизии первого эшелона (кроме фланговых) построили все свои полки в одну линию, а сами полки – в три эшелона. Такое построение войск обеспечивало наращивание усилий по ходу наступления. Все отдельные танковые полки и самоходно-артиллерийский полк, а также небольшие подразделения из состава отдельных танковых бригад были приданы стрелковым дивизиям для непосредственной поддержки пехоты. Танковые бригады с десантом пехоты на броне следовали в качестве передовых отрядов стрелковых корпусов.
При построении боевого порядка 11-й гв. А предполагалось, что каждый отдельный эшелон будет самостоятельно преодолевать одну линию неприятельских траншей. Однако благодаря непрерывной огневой поддержке артиллерии стрелковые батальоны первого эшелона уже к 7 часам полностью прорвали первую линию траншей, а к 8.30 часам овладели всей первой позицией главной полосы обороны немецкого 53-го ак – тремя линиями траншей противника на фронте Глинная – Жуково [92] .После этого командование 11-й гв. А решило ввести в бой вторые и третьи эшелоны стрелковых полков первого эшелона и передовые отряды – танковые бригады, которые получили задачу не позволить противнику закрепиться на промежуточном рубеже по реке Фомина [93] . С занятого рубежа в бой были введены танки 10, 29, 43 и 213-й отдельных гвардейских танковых бригад. Для наращивания силы удара в 8 часов 30 минут в прорыв была введена 1-я гв. сд, которая развернулась из-за левого фланга 31-й гв. сд. К 10 часам был взят опорный пункт в Дудино, а также основные узлы сопротивления в районах Глинная – Серая – Белый Верх – Перестряж – Жуково и ряд укрепленных высот, господствовавших над местностью, на которые опиралась первая позиция главной полосы обороны немцев (высотой 226,3 овладел 97-й гв. сп 31-й гв. сд под командованием гвардии майора Алексея Анисимовича Булахова). К 12 часам соединения 8-го гвардейского корпуса, которым командовал генерал Петр Малышев, преодолели вторую позицию, а к 15 часам прорвали промежуточный рубеж по реке Фомина и форсировали эту реку, на всю глубину прорвав главную оборонительную полосу противника в центре участка наступления 11-й гв. А. По мере продвижения соединений 11-й гв. А в глубину вражеской обороны бои принимали все более упорный характер. В 15 часов для развития успеха в бой была введена 84-я гв. сд. Одновременно с целью расширения прорыва были введены в бой две фланговые стрелковые дивизии: на правом фланге 217-я, а на левом фланге – 18-я гвардейская дивизии. Ведя сложный бой в лесном массиве, 217-я сд продвигалась на юго-запад, однако на левом фланге противник оказал сильное сопротивление в районе Слободки и не допустил продвижения 18-й гв. сд.
Тогда командующий ЗапФ генерал Соколовский, находившийся на армейском наблюдательном пункте, санкционировал ввод в прорыв 5-го тк, в котором к этому времени насчитывалось 136 исправных и боеготовых танков, из которых 96 типа Т-34 [94] . Командующему корпусом генералу Михаилу Сахно была поставлена задача с ходу прорвать вторую полосу обороны и развивать наступление в глубину. Однако танковый корпус задержался с выдвижением и вводом в бой на время до 20 часов – прорыв осуществлялся на очень узком участке, поэтому, когда ударные части 11-й гв. А преодолели первый оборонительный рубеж противника, за ними тотчас же двинулись войска вторых эшелонов, перекрыв и заблокировав все намеченные маршруты прохождения танков.
Воспользовавшись промедлением советской стороны с вводом в прорыв подвижных войск, к 17 часам части 211-й и 293-й немецких пехотных дивизий – 317-й и 365-й, 511-й и 512-й гренадерские полки, отошли на второй оборонительный рубеж на участке Желябово – Старица – Ульяново – Речица – Слободка, пытаясь закрепиться в районах этих населенных пунктов. Командующий 53-го ак 2-й ТА генерал Эрих Клесснер (Erich-Heinrich Cloessner) решил немедленно подтянуть сюда же имеющиеся резервы. Командование 2-й ТА передало в его распоряжение 5-ю тд, части которой стали выдвигаться от города Жиздра в район Медынцево – Желябово, для нанесения контрудара по прорвавшемуся противнику с запада. 25-я мд 53-го корпуса сосредотачивала боевую группу на рубеже реки Вытебеть, чтобы ударить по восточному флангу участка вклинения. Используя подходящие резервы, на некоторых участках немцы предприняли контратаки отдельными батальонами пехоты, усиленными танками и поддержанными артиллерийским и минометным огнем; однако все эти контратаки были отбиты с большими потерями с обеих сторон.
В первый день советского наступления на Болховском направлении германская авиация здесь фактически бездействовала. По данным штаба ЗапФ [95] , авиация противника одиночными самолетами под прикрытием истребителей вела разведку поля боя и тылов до рубежа Издешково – Мятлево – Сухиничи – Белев, а группа самолетов-бомбардировщиков в количестве 10 машин нанесла удары в районе Волконского (15 км юго-западнее Козельска), – всего было учтено 74 самолето-пролета, тогда как 1-я ВА фронта, поддерживая наступление наземных частей действиями бомбардировочной и штурмовой авиации, за время до 18 часов произвела 647 самолето-вылетов (по другим данным [96] , 12 июля 1-й воздушной армией было произведено 632 дневных самолето-вылета силами 435 самолетов, причем активность авиации была ограничена неблагоприятными метеорологическими условиями). Только к вечеру 12 июля командование 6-го ВФ начало переброску к угрожаемому участку отдельных подразделений истребительной авиации.