24 июля 23, 15, 7 и 78-я пехотные дивизии Вейхса плотно замкнули кольцо окружения вокруг центра города и начали уличные бои. Несмотря на ослабленное состояние войск Бакунина, они смогли продержаться до 26 июля и, по крайней мере, вплоть до этого момента превосходно выполняли приказ Тимошенко об «удержании Могилева любой ценой»37. Особенно хорошо во время этих тяжелых боев проявила себя 172-я стрелковая дивизия Романова, сковавшая силы четырех немецких дивизий (7, 15, 23 и 78-й пехотных дивизий VII армейского корпуса). При этом 21-я армия не оставляла настойчивых попыток пробиться в Могилев с юга. Однако к исходу дня 25 июля окруженные части Бакунина исчерпали боеприпасы, продовольствие и запасы топлива. Положение окруженной группы усугублялось тем, что к этому времени XIII армейский корпус 2-й танковой группы Гудериана вынудил соседнюю 21-ю армию отойти на 55–65 км южнее, на рубеж реки Сож, что лишало осажденный гарнизон какой-либо надежды на поддержку. Когда у войск практически закончились боеприпасы, Бакунин наконец распорядился о прорыве на восток в ночь с 26 на 27 июля, невзирая на приказы от вышестоящего штаба не делать этого. Оставив тысячи раненых на попечение докторов, обороняющиеся попытались вырваться из окружения, однако лишь горстке из них удалось добраться до советских позиций. Эта попытка стоила осажденным многих жизней; генерал Романов получил серьезное ранение в левое плечо. Глубокой ночью в сильный дождь его небольшая колонна сумела скрытно выйти из окружения, но впоследствии была все-таки обнаружена и рассеяна. Генералу удалось бежать, он скрывался в деревне Барсуки, в 32 км западнее Могилева, однако был схвачен, помещен в немецкий госпиталь, позднее заключен в лагерь военнопленных в Хаммельбурге, где и умер в июле 1943 года38. Генерал-майор A.Г. Никитин, командир 20-го механизированного корпуса, также погиб, выводя свои части из Могилева.
Изучая обстоятельства прорыва войск Бакунина из окружения, Тимошенко, будучи расстроенным действиями командующего армией Герасименко, пришел в ярость от внезапного «предательства» Бакунина под огнем противника. 27 июля он объяснил своим «хозяевам» в Москве:
«Ввиду того, что оборона 61-м стрелковым корпусом Могилева сковывала до 5 пехотных дивизий немцев, нами были приказано командующему 13-й армией удержать Могилев во что бы то ни стало и приказано как ему, так и комфронта Центрального т. Кузнецову перейти в наступление на Могилев, имея в дальнейшем обеспечение левого фланга Качалова и выхода на Днепр. Однако командарм 13-й не только не подстегнул колебавшегося командира 61-го корпуса Бакунина, но пропустил момент, когда тот самовольно оставил Могилев, начал отход на восток и лишь тогда донес.
Эти действия корпуса создают тяжелое положение не только для него, но и освобождаются дивизии противника, которые могут теперь быть направлены против 13-й и 21-й армий. Тотчас же по получении известий об отходе из Могилева и о продолжающихся еще там уличных боях дано приказание командарму 13-й армии остановить отход из Могилева и удерживать город во что бы то ни стало, комкора Бакунина, грубо нарушившего приказ командования, заменить полковником Воеводиным, твердо стоявшим за удержание Могилева, а самого Бакунина отдать под суд»39.
Несмотря на повторные отчаянные попытки вырваться из «Могилевского капкана» и выйти в безопасный район реки Сож, большая часть войск Бакунина и Романова погибла либо попала в плен к немцам. Отдельным отрядам и мелким группам все-таки удалось выйти из окружения и присоединиться к партизанским отрядам в близлежащих лесах. 27 июля войска вермахта вошли в Могилев. К вечеру того же дня немцы доложили о захвате 23 тысяч военнопленных и значительного количества вооружений. В конечном итоге, с учетом всех пленных и трофеев, захваченных в окрестностях города, это количество выросло до 35 тысяч солдат и офицеров и 245 орудий. В результате затяжных боев потери обеих противоборствующих сторон оказались весьма значительными. К исходу 27 июля Могилев оказался под полным контролем VII армейского корпуса, а стратегически важный мост через Днепр был восстановлен и пущен в действие.
Хотя героическая оборона Могилева под командованием Бакунина и Романова больше чем на неделю лишила противника жизненно важной переправы через Днепр, немцам удалось соорудить временные мосты в ряде других мест. В этом смысле мост в Могилеве утратил для них свое былое стратегическое значение. Кроме того, к тому времени, когда осада была закончена, танковые войска Гудериана вышли из района города и начали решительный бросок на восток, игнорируя потенциальную опасность на флангах. Однако, поскольку пехота Вейхса вынуждена была сражаться за Могилев и заодно отражать на фланге атаки 21-й армии, в результате изнурительных боев запланированное ранее наступление 2-й армии на Гомель было задержано больше чем на неделю и, кроме того, были в значительной мере исчерпаны запасы боеприпасов.
