В полосе наступления 65-й армии на Десне занимали оборону части 20-го армейского и 55-го танкового корпусов вермахта. В ближайшем тылу здесь находился подвижный резерв в составе 33-го механизированного полка и до 30 танков. Оборонительные сооружения на Десне возводились противником начиная с июля. Густая сеть наблюдательных пунктов, связанных с артиллерийскими и минометными батареями, чрезвычайно затрудняла ведение разведки, а затем и форсирование реки, ширина русла которой доходила до 170 метров. Противник создал в Новгород-Северском огневую систему и простреливал всю широкую пойму на север и на юг. Позиции боевого охранения были вынесены на острова. На противоположном крутом берегу в траншеях располагались пехота и пулеметные гнезда, на скатах высот – орудия. В городе было сосредоточено несколько батарей шестиствольных минометов. Командующий 65-й армией, учитывая характер вражеской обороны, принял решение форсировать реку на широком фронте силами двух корпусов. Однако попытка 18-го стрелкового корпуса захватить 8 сентября переправы у Свердловки не увенчалась успехом. На правом фланге армии в районе Остроушки, Погребки, южнее Новгород-Северского, к Десне в это время вышли части 19-го стрелкового корпуса. Для его поддержки были переброшены два дивизиона гвардейских минометов из армейской артиллерийской группы.
В ночь на 9 сентября через Десну переправились разведывательные группы. Противник открыл сильный огонь, пытаясь помешать форсированию реки. Однако гвардейские минометы быстро подавили вражеские орудия. Передовые отряды корпуса начали переправу на лодках, плотах из бревен и железных бочек. К утру 9 сентября главные силы двух полков 162-й стрелковой дивизии переправились через Десну. Наступавшая левее 140-я Сибирская стрелковая дивизия под командованием генерал-майора А. Я. Киселева форсировала реку на подручных средствах двумя батальонами. Они выбили противника из прибрежного села Чулатово и обеспечили переправу остальных частей. Противник предпринял ожесточенные контратаки, пытаясь сбросить в реку переправившиеся части. Генерал Батов вызвал на помощь авиацию, которая ударами с воздуха остановила пехоту и танки противника. Во второй половине дня на плацдарм переправилась 106-я Забайкальская стрелковая дивизия, затем туда была переброшена 354-я стрелковая дивизия. В результате удалось сковать крупные силы врага и облегчить форсирование Десны частям 18-го стрелкового корпуса. В ночь на 10 сентября они ликвидировали предмостное укрепление противника под Свердловкой и начали подготовку к переправе. В три часа утра 12 сентября корпус форсировал Десну, а в пять часов утра 15 сентября на западный берег реки переправился и 27-й стрелковый корпус.
Противник, опасаясь окружения, начал отход от плацдарма, занимаемого частями 19-го стрелкового корпуса. Вскоре Десну форсировала 102-я стрелковая дивизия 48-й армии, примыкавшая к правому флангу 65-й армии. 16 сентября части 19-го стрелкового корпуса и 14-я инженерно-саперная бригада 65-й армии, 102-я стрелковая дивизия и 193-й отдельный танковый полк 48-й армии освободили Новгород-Северский.
Успешно развивалось наступление и на левом крыле Центрального фронта. Однако действия войск на этом направлении сдерживали соединения 38-й армии Воронежского фронта, которые значительно отстали. Это вынуждало левофланговые дивизии Центрального фронта поворачиваться на юг, растягивая свой фронт вместо того, чтобы развивать успешное наступление на запад. Сталин, недовольный действиями 38-й армии, в шесть часов вечера 12 сентября потребовал от маршала Жукова принять меры по ускорению продвижения правого крыла Воронежского фронта, особенно войск 38-й армии.
