接着，在10月3日和4日，苏军又在奥廖尔实施了一次较大规模的空降作战。1941年9月30日，德军向奥廖尔地区投入了主力军团。10月3日，敌先头部队进到奥廖尔，并沿奥廖尔－图拉公路向前推进，对莫斯科构成严重威胁。苏军为了组织新的坚强防御，迟滞德军进攻，迅速在姆岭斯克地区集结部队，组建了步兵第1军。同时，决定将空降兵第5军紧急空运至奥廖尔，任务是在步兵第1军未完成防御准备前，将德军坦克部队阻截在奥廖尔和姆岭斯克之间。为了配合空降兵作战，苏军还以一个坦克旅用最快速度向奥廖尔开进。
10月3日5时40分，空降兵第5军接到出击命令。参战兵力有第5军所属的第10空降旅和第201空降旅，共600余人，80架ПＣ－84型和ＴБ－3型运输机担任空运任务，空运距离500公里，由军长格尔杰夫少将组织指挥。6时30分，空运201旅的飞机开始起飞，2小时后飞至奥廖尔机场上空时，遭到德军猛烈炮击，空降兵冒着敌人的炮火空降着陆，紧急驰援正在奥廖尔西北部与敌正面作战的地面部队。正当第5军主力在奥廖尔机场实施空降时，第201旅第3营也在奥廖尔东北8公里的奥图哈机场空降，着陆后，他们迅速破坏了通向奥廖尔和姆岭斯克的公路。10月4日，空降兵第5军各作战部队全部空降完毕，第2天，从地面快速开进的一个坦克旅也按预定方案到达第5军的作战区域。此后，这两支部队密切协同，在奥廖尔和姆岭斯克之间的40多公里的区域内进行机动防御作战，经过10昼夜的持续战斗，有效地阻止了敌军，为步兵第1军组织防御赢得了时间，为莫斯科保卫战的胜利做出了贡献。