Niemiecki plan zakładał przekroczenie Dniepru i okrążenie Smoleńska od południa przez 2 Grupę Pancerną, podczas gdy 3 Grupa Pancerna miała zamknąć pierścień okrążenia wokół miasta od północy.
Po początkowych porażkach Armia Czerwona starała się zreorganizować swoje siły i podjąć kilka kroków w celu zapewnienia bardziej zdeterminowanego oporu. Nowa linia obrony miała zostać ustanowiona wokół Smoleńska. Radziecki przywódca Józef Stalin mianował Timoszenkę dowódcą obrony Smoleńska i przekazał mu pięć armii z rezerw strategicznych. Armie te miały przeprowadzić serię kontrataków w celu zatrzymania ofensywy nieprzyjaciela. Niemieckie dowództwo nie wiedziało o radzieckich przygotowaniach obronnych, dopóki żołnierze nie natknęli się na nowe umocnienia na polu bitwy.
Naprzeciw wojsk niemieckich wzdłuż brzegów Dniepru i Dźwiny rozciągały się fortyfikacje tzw. linii Stalina. Broniące jej wojska składały się z 13 Armii Frontu Zachodniego oraz z 20, 21 i 22 Armii rezerwy Stawki. Kolejna armia, 19, formowana była w Witebsku, podczas gdy 16 Armia zbliżała się już do Smoleńska.