连日下雨中止俄军第二阶段反攻，随着天气逐渐转晴和好转，俄军继续发动第二阶段反攻行动。在乌军发动库尔斯克两个半月后，越来越多迹象表明，乌军正陷入俄军构建包围圈。据军事纪事报报道，乌军武装部队集团在库尔斯克地区被包围。乌军集体逃离阵地，部队整连投降。托尔斯泰鲁格周围的包围圈正被俄军收紧，乃至关闭，形成关门打狗的局面，而乌军所谓"生命之路"原来是一个死亡陷阱。据俄北方集团军前线部队称，在沃尔菲诺和泰特基诺地区，乌军两支特种部队两次试图绕过俄军阵地，均付出惨重代价，一组被彻底消灭，另一组则损失惨重地撤退。
在托尔斯泰鲁格地区，约2000名乌军越来越多陷入俄罗斯收紧包围圈中，而乌军北部集群并没有被完全包围，最根本是乌军不断将预备役部队派往前线。乌军防御行动是以巨大损失为代价。只是乌军早已军心涣散，战场上出现大量逃兵，在逃亡道路上出现成群投降。值得注意的是300名乌军士兵撤离阵地，跳出俄军包围圈，迎接他们是俄军火炮和无人机的轰炸，在这场所谓生命之路"上，约50名乌军士兵被杀，数十名士兵被俘。
战线局势对乌军越来越不利，乌军总司令西尔斯基前往库尔斯克地区，亲自坐镇指挥，阻止俄军在战线上进攻，这位乌军总司令称，俄军在人力和装备上具有优势，但乌克兰军队的技能和专业精神，不允许俄军实现其目标，将乌军赶出库尔斯克地区。换言之，就是乌军将跟俄军在库尔斯克进行决战，将越来越多的预备役部队投入到库尔斯克方向。
西尔斯基前往前线督战，俄军事专家安德烈·科什金表示，西尔斯基新决定不会改变库尔斯克地区的局势。在战术方面，俄军的成功率不断提高，在炮兵和航空兵支援下摧毁乌军装备和作战部队。据俄国防部称，在斯维尔德利科沃、马来亚洛克涅亚、普列霍沃附近的诺维普特村，俄军将乌军从森林种植园中赶出，并消灭重型装备的残骸。在泽莱尼·施利亚赫郊区，出现数公里长被烧毁的乌军车辆，包括道路附近、土路和林带。
与此同时，在乌军撤离阵地上，一排排装有弹药的箱子，乌军甚至没有时间打开，诸如北约口径弹药筒、美制破片手榴弹和步枪，这些都是乌军精锐部队作战装备。此前，约1000名乌军被包围在柳比莫夫卡，几支乌克兰部队失去所有生存希望，以20人为一组，穿过田野逃亡。没有成功，被俄军无人机空投消灭。在遭到俄军火炮火和无人机打击时，乌军想要有组织、快速地撤退是非常困难的，战场主动权并不在乌军手中。
10月20晚，乌军使用无人机空袭俄境内利佩茨克地区的一个机场，这座机场基础设施遭到火灾，而乌军打击目标是弹药库、燃料和润滑油储存区以及航空设备，这座机场驻扎着苏-34、苏-35和米格-31等战斗机，目前尚无法确认俄军军机是否被摧毁，除此之外乌军无人机还袭击位于俄罗斯下诺夫哥罗德州捷尔任斯克市的"斯维尔德洛夫"工厂，这座军事基地主要为俄军前线提供炮弹、航空炸弹和防空导弹等。
