После короткого огневого налета в 01.0021 сентября 148-я и 181-я стрелковые дивизии приступили к штурму. 148-я стрелковая дивизия начала штурм с форсирования р. Стрижень, на западном берегу которой противник занимал подготовленную оборону. Ожесточенный бой на переправах через эту речку шел несколько часов. Только около 4.00 части дивизии ворвались в Чернигов и завязали уличные бои. В ходе их особенно успешно действовала штурмовая группа в составе 1-й стрелковой роты 654-го стрелкового полка под командованием старшего лейтенанта И.Л. Быковского. В период штурма путь роте преградил сильно укрепленный опорный пункт гитлеровцев (крахмальный завод), подступы к которому были заминированы. Оборонял его довольно значительный гарнизон, располагавший несколькими артиллерийскими орудиями. Попытка овладеть этим опорным пунктом с ходу не удалась. Тогда командир роты, сковав частью сил противника с фронта, использовал ночные условия, чтобы главными силами совершить смелый обходный маневр с целью выхода противнику в тыл. Подвергшись внезапному удару с тыла и не зная истинной численности действовавшего перед ним советского подразделения, ошеломленный противник поспешно прекратил сопротивление и оставил опорный пункт, которым рота Быковского овладела почти без потерь.
Преодолевая упорное сопротивление противника, части 148-й стрелковой дивизии к рассвету полностью овладели восточной частью Чернигова и вышли на соединение с наступающими с юга полками 181-й стрелковой дивизии. К этому времени ее 292-й стрелковый полк уничтожил вражескую группировку в юго-западной части города, овладев вокзалом. 129-й отдельный танковый батальон перерезал шоссе, идущее из Чернигова на запад. 288-й стрелковый полк во взаимодействии с 887-м полком 211-й стрелковой дивизии к рассвету перешел в преследование противника в западном направлении.
Одновременно с севера к Чернигову с боями подходила 77-я гвардейская стрелковая дивизия. Почувствовав угрозу окружения, вражеский гарнизон начал поспешное отступление в северо-западном направлении. Свой отход противник осуществлял под прикрытием сильных арьергардов, борьба с которыми в северной части города продолжалась еще несколько часов. К полудню 21 сентября 1943 года город Чернигов был полностью освобожден советскими войсками.
В результате трехдневных боевых действий 28-й стрелковый корпус во взаимодействии с левофланговыми соединениями 61-й армии осуществил разгром черниговской группировки противника. В ходе боевых действий с 19 по 21 сентября 1943 года частями корпуса были разгромлены две танковые и одна пехотная дивизии противника, а также несколько его отдельных частей. Было уничтожено более 2 тысяч гитлеровцев, до 30 танков и штурмовых орудий, 10 самолетов, 58 орудий и минометов, 5 бронемашин, а также много другой боевой техники и вооружения. Количество пленных превышало 100 человек, трофеями стали 51 орудие и миномет, около 80 пулеметов, до 120 тонн горючего, свыше 500 тонн продовольствия и 260 вагонов с различными воинскими грузами.
Соединения 28-го стрелкового корпуса приобрели значительный опыт по форсированию крупных водных преград с ходу и овладению городом. Как показала практика боевых действий, успешное решение задачи по форсированию Десны было обусловлено следующими факторами: заблаговременной подготовкой войск к форсированию еще на подходе к водной преграде; тщательной организацией разведки противника и реки на широком фронте; высылкой передовых отрядов с целью захвата и удержания плацдармов до подхода главных сил; правильным выбором участков форсирования, направления главного удара и решительным массированием сил на этом направлении; стремлением к надежному подавлению противника огнем артиллерии, особенно выделенной для ведения огня прямой наводкой; широким использованием подручных средств в условиях отсутствия достаточного количества табельных; достижением внезапности форсирования при осуществлении его на широком фронте, с применением дымов на отдельных участках; непрерывностью форсирования днем и ночью; своевременным развитием успеха на том направлении, где он обозначился, за счет быстрой перегруппировки войск с других направлений.
В боях за Чернигов обращает на себя внимание выбор способа разгрома противника в городе путем двухстороннего охвата его группировки с одновременной подготовкой и осуществлением штурма в ночных условиях. Выход советских войск на фланги противника сыграл решающую роль в исходе борьбы за Чернигов, а ночной штурм обеспечил им достижение внезапности действий.
Еще в конце сентября 1943 года войска 1-го Украинского фронта под командованием генерала армии Н.Ф. Ватутина овладели плацдармами на правом берегу Днепра севернее и южнее Киева. Дважды (с 12 по 15 и с 20 по 23 октября) они предпринимали наступление с целью овладеть столицей Украины. Главный удар наносился с букринского (южного) плацдарма, вспомогательный — с северного (лютежского) плацдарма. Обе операции не получили развития. Тогда у командующего войсками фронта возникла идея нанести удар с севера, где войска 38-й армии (командующий — генерал Н.Е. Чибисов) сумели к этому времени значительно рассчитать плацдарм для создания крупной ударной группировки. Генерал Н.Ф. Ватутин доложил полный вариант решения Верховному Главнокомандующему. В ночь на 25 октября поступила директива Ставки ВГК.
ПРИКАЗ КОМАНДУЮЩЕМУ 1-м УКРАИНСКИМ ФРОНТОМ
«…Ставка приказывает произвести перегруппировку войск 1-го Украинского фронта с целью усиления правого крыла фронта, имея ближайшей задачей — разгром киевской группировки противника и овладение Киевом».
В документе указывалось, как именно усилить правое крыло и создать на лютежском плацдарме перевес в силах и средствах. Ставка предложила перевести с букринского плацдарма на участок севернее Киева 3-ю гвардейскую танковую армию, использовав ее здесь совместно с 1-м гвардейским кавалерийским корпусом. Верховное Главнокомандование требовало провести переброску войск незаметно для противника, применив средства маскировки.
По замыслу Ставки, соединения, оставшиеся на букринском плацдарме, также должны были вести наступательные действия и притянуть на себя как можно больше сил противника, а при благоприятных условиях — прорвать оборону врага и двигаться вперед. Директива содержала конкретные указания и по поводу усиления правого крыла фронта стрелковыми дивизиями. К перегруппировке приказано было приступить немедленно, а наступление начать 1–2 ноября 1943 года.
Ответственность за своевременную перегруппировку и сосредоточение войск на лютежском плацдарме возлагалась на заместителя командующего войсками фронта генерал-полковника A.A. Гречко.
Вспоминает член Военного совета фронта генерал К. В. Крайнюков:
«Для подготовки операции отводилось всего лишь 7–8 суток. Дорог был каждый день, каждый час. И уже в ночь на 26 октября началась крупная перегруппировка войск. На букринском плацдарме незаметно снимались с позиций танковые бригады и артиллерийские части. Вместо убывших боевых машин расставлялись макеты танков, оборудовались ложные огневые позиции батарей и дивизионов. Войска и штабы уходили с плацдармов, а многие радиостанции на прежнем месте продолжали вести обычный радиообмен. Оставшиеся в районе Букрина артиллерийские подразделения стремились поддерживать прежний режим огня. Войска на плацдарме продолжали оборонительные инженерные работы, углубляя траншеи, совершенствуя позиции.