Тем временем войска Центрального фронта наращивали успех. 1 сентября генерал И. Д. Черняховский приказал своим войскам перейти к преследованию отходящего противника во всей полосе армии. Главный удар командарм наносил в юго-западном направлении на Конотоп, Бахмач. К исходу того же дня 9-й танковый корпус овладел городом Кролевец, а 2 сентября 112-я стрелковая дивизия полковника А. В. Гладкова во взаимодействии со 150-й танковой бригадой подполковника С. И. Угрюмова при содействии авиации 16-й воздушной армии заняли старинный украинский город Путивль. Успешно шло продвижение и левофлангового 30-го стрелкового корпуса генерала Г. С. Лазько. Широко используя подручные средства, части 141-й стрелковой дивизии полковника С. С. Рассадникова в ночь на 2 сентября форсировали р. Сейм и, совершив обходной маневр, в 6 часов 30 минут 3 сентября освободили город Белополье.
Рокоссовский, стремясь нарастить успех, своевременно усилил 60-ю армию свежими соединениями. Генерал Черняховский получил 7-й гвардейский механизированный корпус генерал-лейтенанта танковых войск И. П. Корчагина, 77-й стрелковый корпус генерал-майора П. М. Козлова и 18-й гвардейский стрелковый корпус генерала А. М. Афонина. Ставка ВГК, учитывая успешное продвижение войск Центрального фронта, передала ему из своего резерва с 24 часов 6 сентября 61-ю армию генерала П. А. Белова. Ей предстояло к утру 11 сентября сосредоточиться в районе Рыльска.
И. Д. Черняховский, наращивая усилия, выдвинул в первый эшелон 77-й стрелковый корпус. Его части форсировали Сейм и, сломив ожесточенное сопротивление врага, овладели 6 сентября в 14 часов 30 минут городом Конотоп. Большую помощь им оказали соединения 16-й воздушной армии и 2-й гвардейский авиационный корпус дальнего действия генерал-майора авиации Е. Ф. Логинова.
Быстрое продвижение войск 60-й армии на конотопском направлении способствовало и успеху на участках 65-й, а затем и 48-й армий. Теперь весь Центральный фронт двинулся вперед. Опрокидывая противника, 65-я армия генерал-лейтенанта П. И. Батова с каждым днем наращивала темпы наступления. Ее войска преодолели Брянские и Хинельские леса и к 5 сентября продвинулись на 125 км. В тесном взаимодействии с левофланговыми соединениями 65-й армии и правым флангом Брянского фронта наступала 48-я армия.
Э. фон Манштейн, сомневаясь в том, что получит обещанные подкрепления, направил 7 сентября в Генеральный штаб сухопутных войск телеграмму с изложением обстановки, создавшейся в полосе группы армий «Юг».