В ночь с 19 на 20 июля в штаб Брянского фронта поступила Директива Ставки Верховного Главнокомандования № 30152 на разгром мценской группировки противника:
«Ставка Верховного Главнокомандования приказывает:
1. Ближайшей задачей Брянского фронта иметь разгром мценской группировки противника и выход 3-й армии на реку Ока.
Для этого 3-й гвардейской танковой армии Рыбалко с утра 20 июля нанести удар в направлении Протасово, Отрада, к исходу дня 20 июля перерезать шоссейную и железную дорогу Мценск—Орел и, развивая в течение 21 июля наступление на Мценск с юга, совместно с 3-й армией Горбатова завершить уничтожение мценской группировки противника и освободить город Мценск.
2. После выполнения этой задачи 3-ю гвардейскую танковую армию Рыбалко направить на юг с целью перерезать железную дорогу Моховое—Орел и содействовать 63-й армии Колпакчи в выходе ее также на реку Ока.
3. В дальнейшем 3-й гвардейской танковой армии Рыбалко перерезать железную дорогу Орел—Курск в районе по решению командующего фронтом и при благоприятных условиях овладеть городом Орел.
Если овладение городом Орел не будет соответствовать обстановке, 3-й гвардейской танковой армии Рыбалко двигаться дальше на запад в направлении Кромы.
4. О получении и отданных распоряжениях донести.
Ставка Верховного Главнокомандования.
И. Сталин
А. Антонов».265
Во исполнение полученной директивы Ставки ВГК той же ночью командующий Брянским фронтом генерал-лейтенант Попов поставил перед 3-й гвардейской танковой армией задачу «повернуть на северо-запад, перерезать шоссе и железную дорогу Мценск—Орел на участке Отрада, Ивановское, Оптуха, овладеть переправами через реку Ока в районе Отрада, имея в виду в дальнейшем действия на Мценск».266 Решение П.С. Рыбалко было отправлено в войска в 3.30 20 июля.
Командующий 3-й гвардейской танковой армией принял решение основной удар наносить силами наступавшего накануне во втором эшелоне и понесшего вследствие этого минимальные потери 2-го мехкорпуса: ему предстояло наступать с рубежа Калмыково, Большое Очкасово в направлении Богородицкое, Отрада, Новая Слободка с задачей к исходу дня 20 июля овладеть районом Жуково, Новая Слободка, Отрада. 15-му танковому корпусу предписывалось выйти из боя, с рубежа Алешня, Зыбино нанести удар в направлении Новокаменка, Высокое, к исходу дня 20 июля выйти на рубеж Ивановское, Новая Слободка и захватить переправы через Оку на участке Новая Слободка, Ивановское, Оптуха. 12-му танковому корпусу предстояло наступать за 15-м танковым корпусом и к исходу дня сосредоточиться в районе Протасово с дальнейшим развитием наступления на Мценск. 91-я отдельная танковая бригада оставалась в резерве армии.267
План наступательного боя 20 июля 1943 г.
В 9 часов утра 20 июля части 2-го мехкорпуса и 15-го танкового корпуса перешли в наступление.268 Как и накануне, войска противника оказывали ожесточенное сопротивление, особенно упорное на рубеже Доброводы, Протасово. Вновь проявила высокую активность немецкая авиация — за 20 июля части 2-го мехкорпуса зафиксировали до 1500 самолетовылетов авиации противника.269 Около полудня 20 июля под натиском наступающих танковых и мотострелковых бригад немецкие войска начали отходить. Опасаясь окружения, немецкое командование в полдень 20 июля начало отвод своих войск из Мценска. Движение войсковых колонн с обозами по шоссе Мценск—Орел было обнаружено авиаразведкой, и командующий 3-й гвардейской танковой армией отдал приказ ускорить наступление и перерезать шоссе Мценск—Орел. К 20 часам 20 июля подразделения 43-й мехбригады генерал-майора Баринова и 33-й танковой бригады полковника Силова — обе из 2-го мехкорпуса — оседлали шоссе. Части 15-го танкового корпуса, действовавшего, по отзыву командования 3-й гвардейской танковой армии, «медленно и нерешительно по сравнению со 2-м мехкорпусом»,270 лишь к рассвету 21 июля перехватили шоссе и железную дорогу Мценск—Орел, а передовой отряд 52-й мотострелковой бригады форсировал Оку в районе Новой Слободки. 12-й танковый корпус, в соответствии с планами, вышел в район Доброводский, Грачики, Протасово, где занял круговую оборону.271 На станции Отрада войсками 2-го мехкорпуса были захвачены танк типа «Тигр», бронетранспортер, 3 автомашины, 4 паровоза, продовольственный склад, различное военное имущество, взяты пленные.272