У другій половині серпня 1941 року Центральний фронт був розгромлений і розформований. 3-тя армія змушена була залишити Мозир. З 25 серпня її війська були передані до складу 21-ї армії Брянського фронту, а штаб її був переміщений в стик 50-й і 13-й армій з підпорядкуванням штабу Брянського фронту. Командувачем армією був призначений генерал-майор Я. Г. Крейзер. Пізніше армія була укомплектована за рахунок військ 13-ї і 50-ї армій фронту. Брала участь у Смоленській битві (10 липня— 10 вересня), Орловсько-Брянській оборонній операції (30 вересня — 23 жовтня).