3-я танковая группа Гота ударила из района севернее Духовщины и совместно с пехотными дивизиями 9-й полевой армии Штрауса повела наступление на Сычёвку, явно угрожая правому флангу 19-й армии Лукина, внезапно оказавшемуся открытым. Танковый клин начал охватывать Вязьму с севера, а затем, оттеснив и частично смяв войска 30-й армии Хоменко, и с северо-востока.

Исследователи вяземской катастрофы 1941 года говорят о том, что в полосе прорыва шириной до 16 километров удар наносила группировка, состоявшая из восьми дивизий. На их пути оказались 162-я стрелковая дивизия и примыкавшие к ней справа и слева два стрелковых полка.

Одновременно были атакованы порядки Резервного фронта на участке, прилегающем к Варшавскому шоссе. 4-я танковая группа при поддержке пехотных частей 4-й полевой армии, прорвав оборону войск маршала Будённого, вышла на шоссе. Часть сил ринулась к Юхнову, а часть начала загибать основание клина в сторону Спас-Деменска, охватывая Вязьму и всю группировку находившихся здесь войск с юга и юго-востока. Возникла реальная угроза окружения основных сил Западного и Резервного фронтов. Немецкий историк Пауль Карель в одной из своих книг, посвященных походу Гитлера на Москву, об этом наступлении не без восхищения сказал: «Это был, наверное, самый выверенный план за всё время войны, и всё в нём работало как часы».

С атакованных участков командармы сообщали о прорыве и попытках латания брешей резервами и усиленным огнём артиллерии. С каждым часом положение становилось всё хуже.

19-я армия. Лукин сообщает о том, что обозначился прорыв на его правом фланге, на стыке с 30-й армией. Принял меры по воспрещению охвата своего правого крыла, оказавшегося оголённым. Перебрасывает резервные части и артиллерию со слабо атакованных участков. «Связи с 30-й армией не имею».

30-я армия. Хоменко докладывает: противник силой до двух пехотных полков при поддержке большого количества танков и до 120 самолётов прорвал оборону 162-й и 242-й стрелковых дивизий. Полки дерутся изолированно. Противник наносит бомбовые удары по городу Белый и железнодорожной станции Канютино. «Прошу помочь авиацией фронта».

В 18.00 три группы пикирующих бомбардировщиков по 14—16 машин нанесли удар по командному пункту Конева в Касне. В налёте также участвовали бомбардировщики Ю-88, они сбросили несколько бомб весом в тонну каждая. Одной из таких бомб разнесло в щепки здание, в котором располагался оперативный отдел, управление ВВС фронта и шифровальное отделение. Десятки убитых и раненых. Среди погибших 20 офицеров штаба, из них три полковника.

Третьего октября по приказу Конева Лукин (19-я армия) и Ершаков (20-я армия) контратаковали частью своих сил в направлении Сафоново и Красный Холм.

16-я армия. Рокоссовский сообщает, что его дивизии продолжают удерживать район Минского шоссе. Противник контратакован и отброшен на исходные. «Перед фронтом армии противник имел свыше двух пд в первом и до восьми пд и двух тд во втором».

Рокоссовский твердил об этих танковых и пехотных дивизиях второго эшелона из сводки в сводку, и эти бодрые, победные данные сбивали с толку штаб фронта. Главный же удар противник развивал севернее автострады, в районе Холм-Жирковского. На фронте 16-й армии немцы лишь демонстрировали наступление, сковывая силы с расчётом, что противник не осмелится ослабить этот участок и перебросить часть войск в район прорыва. В своих мемуарах маршал Рокоссовский довольно сдержанно рассказывает об этих боях. Основное место в воспоминаниях о вяземской истории занимают описания того, как управление 16-й армии, получив приказ Конева, плутало по окрестностям Вязьмы, потом едва не попало под огонь немецких танков в самой Вязьме, а затем с боями пробивалось к Можайску.

Сведения, поступавшие от командармов, складывались в довольно противоречивую картину. Наметился явный прорыв в направлении на Белый и на станцию Канютино. Но одновременно Рокоссовский настаивает на том, что вдоль Минского шоссе противник накопил во втором эшелоне огромное количество войск, и их состав и конфигурация построения свидетельствуют в пользу того, что это и есть главная ударная группировка.

Противоречивость сведений, неясность ситуации, а также, возможно, нерешительность комфронта способствовали тому, что вскоре поправлять положение оказалось почти невозможным.

Фронтовые резервы по-прежнему находились в районах сосредоточения близ Вязьмы. «Судя по всему, — пишет в своей книге «Вяземская катастрофа 41-го года» историк Лев Лопуховский, — окончательно командующий Западным фронтом определился в обстановке лишь в ночь на 3 октября и в соответствии с планом операции принял решение на контрудар. К этому времени обстановка на канютинском направлении ухудшилась. Наша авиация обнаружила колонну противника глубиной 20 км головой у Крутицы — уже в 42 км от переднего края».

Никакой армии, никаких войск во втором эшелоне на этом направлении не оказалось.

Утром 3 октября в 5.00 в штабы 19-й и 30-й армий ушёл приказ, согласно которому объединённая группировка этих двух армий, стык которых проломило бронированное копьё «Тайфуна», должна была произвести частичную перегруппировку и контратаковать прорвавшегося противника. Основная роль в намечавшемся контрударе возлагалась на фронтовой резерв, сведённый в объединённую группировку. Командование этой группировкой Конев возложил на своего заместителя генерал-лейтенанта И.В. Болдина.

Болдина он спас месяц назад, когда тот выводил из окружения свою группу, пробираясь к Смоленску от самой границы. Теперь он, герой приказа № 270, ходил у него в заместителях. 11 августа, говорилось в приказе, подписанном Сталиным, «генерал-лейтенант Болдин ударил немцев с тыла, прорвал немецкий фронт и, соединившись с нашими войсками, вывел из окружения вооружённых 1654 красноармейца и командира, из них 103 раненых». На самом деле, как мы помним, всё обстояло не совсем так. Но теперь они были рядом, два генерала, на которых Ставка и судьба возложили огромную ответственность за судьбу фронта, Москвы и России. И теперь Болдин должен был спасти фронт.

Ударная группа состояла из одной стрелковой, одной кавалерийской и одной мотострелковой дивизии (69 танков), а также трёх бригад, в которых насчитывалось 172 танка. Удар оперативной группы генерала Болдина должны были поддерживать войска 30-й армии.

Из донесений генерала Болдина, сохранившихся в архиве Министерства обороны РФ, видно, что наше командование, к сожалению, даже к исходу 3 октября не имело представления, насколько серьёзная угроза нависла над войсками и судьбой фронта. Болдин доносил в штаб фронта о «танковых группах силами 15 и 40 танков», прорвавших оборону 30-й армии и вышедших в район севернее Вязьмы. Реальность была стократ (в буквальном смысле этого слова и этого числа) страшнее.

Части оперативной группы Болдина не смогли сосредоточиться для согласованного удара, а потому, выдвигаясь навстречу противнику, вступали в бой по мере соприкосновения с ним, то есть разрозненно, «пачками». К тому же опергруппа не располагала достаточным количеством противотанковой и зенитной артиллерии. Действовать пришлось одновременно на двух направлениях.

Немецкая разведка быстро определила состав и положение оперативной группы генерала Болдина. 4 октября на боевые порядки контратакующих частей обрушил всю свою мощь 8-й авиакорпус группы армий «Центр». В этот же день в воздух была поднята и наша авиация. Разгорелись ожесточённые воздушные схватки.

Особенно яростные бои группы Болдина развернулись в районе Холм-Жирковского. Поля, политые кровью русских солдат 1812 года, вновь стали местом жесточайшего встречного сражения.

Политрук Солдатов из 128-й танковой бригады повёл в бой два танка К.В. Навстречу нашим танкам вышли до десятка немецких средних танков. Бой длился около двадцати минут. Было подбито пять танков противника. KB вышли из боя без потерь. При этом, как сказано в боевом донесении, «экипажи двух вражеских танков бросили машины, не заглушив моторы, бежали».