Лишь к концу сентября, после удара истребительных и бомбардировочных авиаполков 16 и 37 воздушных армий, ударов 385 артиллерийской бригады и 6 отдельной танковой бригады 1 армии, подразделениям 31 десантно-штурмовой бригады и частям 30 и 21 мотострелковых дивизий 2 гвардейской армии удалось деблокировать Пензу и прорвать Cердобский котел со стороны Сурска. Вывести остатки окруженных дивизий 8 армии к Пензе и Кузнецку.
В плачевном состоянии оказались части и 6 армии. После мощной артиллерийской подготовки, серии авианалетов 3 воздушной армии противник пошел в наступление, к 12 сентября частям 6 армии пришлось оставить Череповец и Шексну. Под угрозой окружения оказались Вологда, Архангельск. Враг получил практически неограниченный контроль над Волго-Балтийским каналом и Рыбинским водохранилищем.
Командованию пришлось эвакуировать соединения 15 воздушно-космических сил из Плесецка. Весь сентябрь шли ожесточенные бои под Пошехонье, Соколом, Вожегой, Белозерском, Коношей и Няндомой.
В окружении оказалось одиннадцать дивизий под Рыбинском. Они вели ожесточенные бои до самого конца месяца и в итоге большая часть смогли прорваться вдоль железнодорожных путей в сторону Октябрьского и Киземы.
26 сентября под Вологдой состоялось крупное бронетанковое сражение. Благодаря своевременно подошедшим с Котласа, Ухты, Кирова, Сыктывкара резервам и добровольным батальонам, а также скоординированным ударам 31 и 27 ракетной, 61, 15 и 45 воздушных армий, самоотверженным действиям бойцов 98 и 106 воздушно-десантных дивизий, 144 мотострелковой дивизии 20 армии удалось разорвать окружение и деблокировать части 20 армии под Рыбинском.
Уничтожить и захватить множество единиц боевой техники, взять в плен почти пятнадцать тысяч солдат противника и ударить по наступавшим бригадам в районе Вологды. Удалось решить исход битвы.
Новая мощная линия обороны в западной части страны начала складываться на пространстве между Казанью, Нижним Новгородом, Чебоксарами и Сыктывкаром. Уцелевшие части самой Москвы и области были почти в полной блокаде. В столице катастрофически не хватало воды, медикаментов, продуктов.
Подвергаясь постоянным воздушным налетам бомбардировщиков и беспилотников 17 и 3 воздушных армий противника, через Владимир, Кострому, Ковров в сторону Кирова и Казани круглосуточно продолжали идти облученные беженцы.