В начале сентября все усилия дивизии были сосредоточены на овладении этой деревней, которая в боях 3 и 4 сентября была освобождена[5]. Совместными усилиями с 100-й, 309-й и 19-й сд удалось сначала освободить Мелихово, а затем и Ельню[6]. В результате данных боёв вражеские войска понесли значительные потери порядка 45 тысяч бойцов[6][7]. К вечеру 6 августа дивизия вышла на рубеж Плешково — Леонидово[5].
Совместно со 120-й 103-я сд заняла стратегически важный участок на юго-западе Ельни, перекрывая подступы к железной дороге Смоленск — Ельня[5][7]. На конец сентября в составе дивизии находились 8 017 бойцов[8].
Из доклада комиссара армии К. К. Абрамова на конец сентября 1941 года:
«…Части армии, выйдя за Ельню, занимали рубеж по р. Устром — Н. Тишево — Леоново, в следующем порядке: справа 309 сд, 103 мд, 19 сд....Из данных авиаразведки, стало известно о подходе значительного количества мотопехоты, танков и артиллерии"[9].
2 октября при наступлении немецких войск на Москву 103-я сд находилась на линии наступления 7-й немецкой армия[5]. С 5 октября стрелковая дивизия, получив приказ прикрывать отход частей 24-й армии в направлении Дорогобуж — Вязьма, вела непрерывные оборонительные бои с противником[5]. Западнее Вязьмы дивизия оказалась в Вяземском котле, из которого прорывалась до 12 октября[5].
«Отдавая должное мужеству воинов 103-й стрелковой дивизии 1-го формирования, следует сказать, что осенью 1941 г. она де-факто перестала существовать в боях под Вязьмой, честно выполнив свой долг»[10].
Приказом Народного Комиссара Обороны Союза ССР № 00131, от 27 декабря 1941 года, 103-я стрелковая дивизия была расформирована и исключена из списка действующих дивизий[5].
.svg){kind=small}
