Ngày 5 tháng 8 năm 1941, khi cùng tướng K. I. Rakutin đi quan sát thực địa trong khi sư đoàn bộ binh 19 đang tổ chức trận đánh trinh sát chiến dịch, G. K. Zhukov đã phát hiện thấy nhiều hỏa điểm kiên cố gồm lô cốt, xe tăng, pháo được chôn ngầm dưới đất của quân Đức. Căn cứ báo cáo của K. I. Rakutin và các chỉ huy binh chủng về người và trang bị của tập đoàn quân 24, G. K. Zhukov kết luận rằng với 5 sư đoàn hiện có, đơn vị này không đủ sức phản kích và phải tăng cường cho nó. Để điều động đủ lực lượng, Phương diện quân Dự bị cần từ 10 đến 12 ngày để tăng cường cho tập đoàn quân 24 từ 2 đến 3 sư đoàn lấy trong các binh đoàn dự bị của Phương diên quân. Ngày 12 tháng 8, trong cuộc hỏi cung hạ sĩ Hans Miterman, tù binh Đức bị bắt trong trận đánh trinh sát ngày 5 tháng 8, Bộ tư lệnh Phương diện quân Dự bị còn được biết ngoài các đơn vị vốn đã đóng ở đây sau trận Smolensk, tập đoàn quân 4 (Đức) còn tăng cường trở lại cho cụm quân Yelnya sư đoàn SS "Đại Đức".[10]

Ngày 16 tháng 8, Bộ Tổng tư lệnh tối cao Liên Xô phê chuẩn đề nghị của đại tướng G. K. Zhukov, Tư lệnh Phương diện quân Dự bị về việc sử dụng Tập đoàn quân 24 mở một cuộc phản kích vào vòng cung Yelnya. Thời điểm bắt đầu chiến dịch được ấn định vào ngày 20 tháng 8. Tuy nhiên, do các đơn vị được huy động chưa thể tiếp cận tuyến tấn công và đạn dược chưa thể chuẩn bị kịp, thời điểm triển khai tấn công được lùi lại 10 ngày.[11] Mục đích của chiến dịch nhằm thủ tiêu căn cứ bàn đạp của quân đội Đức Quốc xã tại "mỏm" Yelnya đang đe dọa sườn trái của các Phương diện quân Tây và Dự bị. Kế hoạch tấn công dự kiến huy động sư đoàn xe tăng 102 và sư đoàn bộ binh 303 để hình thành vòng vây phía ngoài. Các sư đoàn bộ binh 100 và 107 sẽ mở mũi đột kích vào khu vực phía Bắc. Sư đoàn bộ binh cơ giới 106 được tăng cường tiểu đoàn xe tăng độc lập 103 sẽ đột kích ở phía Nam nhằm hình thành vòng vây phía trong.[7] Hỗ trợ cho sư đoàn 106 ở phía Nam sẽ là lực lượng của sư đoàn bộ binh 303. Phụ trách ở khu vực trung tâm phía Đông của vòng cung là các sư đoàn bộ binh 19 và 309.[7] Sư đoàn cơ giới 103 và sư đoàn bộ binh 120 được triển khai ở phía Bắc và phía Nam các vị trí phòng thủ kiên cố nằm trong vòng cung để chặn đường tẩu thoát của quân Đức.[7] Tổng số binh lực được huy động khoảng 6 vạn người, chừng 800 pháo, súng cối (trên 76 mm), trung đoàn 10 pháo phản lực Katyusha và 35 xe tăng. Tập đoàn quân 24 chỉ được trang bị 20 máy bay phục vụ cho công tác hậu cần và cho việc chỉ điểm cho các đội pháo binh tác xạ. Họ không được cung cấp bất cứ máy bay chiến đấu hay máy bay oanh tạc trận địa nào.[7]

Tại phía Nam chỗ lồi Yelnya có tập đoàn quân 43 (Liên Xô) do thiếu tướng Dmitry Mikhailovich Seleznev chỉ huy với binh lực yếu, chỉ có 4 sư đoàn bộ binh (53, 149, 211 và 222), hai trung đoàn xe tăng (104 và 109), 6 tiểu đoàn pháo cấp sư đoàn và 1 tiểu đoàn pháo phản lực. Đơn vị này được giao nhiệm vụ đánh kiềm chế các sư đoàn 7, 23, 267 thuộc quân đoàn bộ binh 7 (Đức); các sư đoàn 197, 258 và sư đoàn cơ giới 252 thuộc quân đoàn 53 (Đức) để yểm hộ sườn trái cho tập đoàn quân 24 tấn công.[12]