Командующий Брянским фронтом генерал-лейтенант Андрей Иванович Ерёменко с первого же дня создания фронта начал принимать меры по организации контратак и контрударов на всех участках фронта. Четыре стрелковые дивизии получили боевой приказ совершить контрудар в направлении Трубчевск - Погар, Воронск. 108-я танковая дивизия - выйти из района Ореховский, Половецкий, форсировать реку Судость и, пройдя через Посудичи, ударить в тыл прорвавшемуся на Украину танковому корпусу немцев. В то же время 47-й танковый корпус Гудериана повёл наступление от Почепа на Мосточено, Трубчевск. Наши стрелковые дивизии, вначале имевшие успех, на Судости были остановлены танками и начали отход к Десне в направлении Трубчевска. Создалось угрожающее положение.

С захватом Трубчевска враг не только выходил в тыл двум армиям фронта, но и получал оперативный простор. Направление Орёл - Тула - Москва было открыто. Командующий срочно создаёт подвижную группу, командиром которой назначает своего заместителя генерал-майора Аркадия Николаевича Ермакова. В неё входят 141-я танковая бригада полковника П.Г. Чернова, 4-я кавалерийская дивизия полковника Ф.А. Пархоменко и уже находившаяся в районе Посудичей 108-я танковая дивизия полковника С.А. Иванова. Ныне недалеко от Трубчевска, у посёлка Пикуринский, возведён мемориал воинской славы. Расположен он как раз на месте мощного танкового сражения, где на полях к югу и юго-востоку от этого мемориала сошлись в смертельной схватке более 300 немецких и около 250 советских танков. Надо отметить, что в те дни Ерёменко активно применял и ВВС фронта. В конце августа он получает 1-ю резервную авиагруппу Верховного Главнокомандующего и несколько полков дальней бомбардировочной авиации. Начинается крупная воздушная операция.

Уже после войны Маршал Советского Союза Ерёменко предлагал считать 31 августа началом массового применения нашей бомбардировочной авиации в Великой Отечественной войне. В тот день на врага было обрушено 4.500 бомб и снарядов. Впервые с начала войны советские лётчики добились в небе превосходства над противником. Перешли к упорной обороне и стрелковые дивизии, состоявшие в том числе из рабочих Иванова, Москвы, Смоленска, Твери. Так начиналась у Трубчевска Рославльско-Новозыбковская наступательная операция Брянского фронта. И уже к середине сентября 1941 года врагу было практически нечем воевать в этих местах. Каждые четыре из пяти танков Гудериана были подбиты. У Трубчевска гитлеровцы потеряли более 10 тысяч солдат и офицеров, 150 самолётов и около 800 автомашин и другой техники. Закрепившись на восточном берегу Судости, наши войска удерживали фронт до конца сентября, выиграв столь ценное время для подготовки обороны Москвы.

После Победы бойцы 137-й стрелковой дивизии будут вспоминать, что таких яростных немецких атак, как в сентябре 1941-го, у Трубчевска они не видели на протяжении всей войны. А любимец фюрера генерал-полковник Гейнц Вильгельм Гудериан напишет в книге воспоминаний о боях между Почепом и Трубчевском:

«...Здесь мы впервые столкнулись с фанатичным сопротивлением русских».