«Командарму-16 Рокоссовскому немедленно приказываю участок 16-й армии с войсками передать командарму-20 Ершакову. Самому с управлением армии и необходимыми средствами связи прибыть форсированным маршем не позднее утра 6.10 в Вязьму. В состав 16-й армии будут включены в районе Вязьмы 50-я, 73-я, 112-я, 38-я, 229-я с[трелковые] д[ивизии], 147-я танковая] бр[игада], дивизион РС; полк ПТО и полк аргк [артиллерии резерва Главного командования. — А. И.]. Задача армии задержать наступление противника на Вязьму, наступающего с юга из района Спас-Деменск...»[109].
Тем самым одно заходящее на Вязьму крыло немецких войск И. С. Конев планировал сдержать контрударом группы И. В. Болдина, а второе — обороной резервов фронта под управлением К. К. Рокоссовского.
Однако к 6 октября к Холм-Жирковскому вышли пехотные дивизии V армейского корпуса, которые могли уже наступать на контратакующие советские соединения, оттесняя их с фланга немецкого танкового клина. Таким образом, группе Болдина не удалось воспрепятствовать 7-й танковой дивизии быстро прорваться сначала через днепровские оборонительные позиции Ржевско-Вяземского рубежа, а затем прорыву к шоссе западнее Вязьмы. Этим манёвром 7-я танковая дивизия в третий раз за кампанию 1941 г. стала «замыкателем» крупного окружения (до этого были Минск и Смоленск). В один из самых чёрных для советских войск дней 1941 г., 7 октября, 7-я танковая дивизия 3-й танковой группы и 10-я танковая дивизия 4-й танковой группы замкнули кольцо окружения Западного и Резервного фронтов в районе Вязьмы. Силами LVI моторизованного корпуса был образован внутренний фронт окружения советских войск от автострады западнее Вязьмы до Днепра, который занимали 7-я, 6-я танковые и 129-я пехотная дивизии.
Признаки приближающейся катастрофы обозначились уже на третий день немецкого наступления на вяземском направлении. Вечером 4 октября командующий Западным фронтом И. С. Конев доложил И. В. Сталину «об угрозе выхода крупной группировки противника в тыл войскам». На следующий день аналогичное сообщение поступило от командующего Резервным фронтом С. М. Будённого. Семён Михайлович доложил, что «образовавшийся прорыв вдоль Московского шоссе прикрыть нечем».
Уже 8 октября командующий Западным фронтом приказал окружённым войскам пробиваться в район Гжатска. До 11 октября окружёнными армиями неоднократно предпринимались попытки прорваться, но успеха они не имели. Только 12 октября удалось на короткое время пробить брешь, которая вскоре была вновь запечатана. Попытки вырваться из кольца окружения в районе Вязьмы 10—12 октября сковали предназначенные для преследования ХХХХ и XXXXVI моторизированные корпуса и задержали их смену. Лишь 14 октября удалось перегруппировать главные силы действовавших под Вязьмой соединений 4-й и 9-й армий для преследования, которое началось 15 октября. В вяземском «котле» были пленены командующий 19-й армией генерал-лейтенант М. Ф. Лукин и командующий 32-й армией С. В. Вишневский. Погиб под Вязьмой командующий 24-й армией генерал-майор К. И. Ракутин.