与此同时，苏军不断投入新锐兵力，以顽强的防御和接连不断的反突击毙伤德军25万人，迟滞德军进攻达1月之久，为加强莫斯科的防御赢得了宝贵时间。在苏军有力打击下，德军的作战能力，特别是装甲军突击力明显下降，对其尔后作战造成严重影响。
此战，德国军队共俘苏联红军40多万人，缴获大量装备，为进攻莫斯科打开的通道。由于斯摩棱斯克交战是在近650公里的正面和近250公里的纵深展开的，德国军队作战部队异常疲惫，被迫停止了向莫斯科的推进，这在第二次世界大战中，德国军队还是第一次被迫停止在主要方向上的进攻，而转入防御。可以说德国人的一鼓作气的冲劲在斯摩棱斯克已经消磨光了，最后停在莫斯科门前的直接原因是因为惯性，并不是因为发动机在那个时候歇火了。
而这一战让苏军学会了如何规避德军的包围和如何与德军装甲优势对冲，可以说苏军用一场战斗，牵制了基辅和莫斯科两场战役，逐渐适应了闪击战打法。
由于德军装甲单方面孤军突进，客观上使步坦脱节和步兵机械化程度低的问题暴露了出来，让苏军发动集群进攻和分割反攻成为可能，如果苏军前期准备充分预备队充足，一旦铁木辛哥阻击古德里安装甲部队南下成功，斯摩棱斯克战役不仅可能会扭转战场态势，还会使德军发动的基辅攻势功亏一篑。
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