После взятия Минска и разгрома основных сил Западного фронта в Белостокском и Минском «котлах» немецкие ударные соединения начали продвижение к рубежу рек Западная Двина и Днепр, с тем чтобы затем начать новое наступление на Московском направлении.

На Витебском направлении наступал 39-й моторизованный корпус (командующий — генерал танковых войск Р. Шмидт) из состава 3-й танковой группы Г. Гота. Шедшая в авангарде 7-я танковая дивизия (генерал-майор Г. фон Функ) 4 июля взяла Лепель и продолжила продвижение на восток. Захват Витебска должен был обеспечить дальнейшее наступление на Смоленск и, далее, на Москву.

Южнее, вдоль Московского шоссе, наступал немецкий 47-й моторизованный корпус (генерал танковых войск Й. Лемельзен; в авангарде — 18-я танковая дивизия) 2-й танковой группы Г. Гудериана, имевший целью выйти в район Орши. Для обеспечения связи между 39-м и 47-м мотокорпусами (и стыка между 3-й и 2-й танковыми группами) на Сенно была направлена 17-я танковая дивизия (генерал-майор К. фон Вебер).

Для того чтобы остановить противника, советское командование решило нанести удар по наступающей группировке противника силами двух свежих мехкорпусов.

Прибывший в войска новый командующий Западным фронтом маршал С. К. Тимошенко в своей Директиве № 16 в ночь на 5 июля приказал:

Глубина ударов была определена: для 5-го мехкорпуса до 140 км — из района Высокое на Сенно, Лепель, и для 7-го мехкорпуса до 130 км — из района Рудня на Бешенковичи, Лепель. После выхода в район Лепеля 7-й мехкорпус должен был нанести удар во фланг и тыл полоцкой группировки противника (57-го мотокорпуса 3-й танковой группы), 5-й мехкорпус должен был развивать наступление на запад, на Гленбоке и Докшице.

С юга наступление обеспечивала 1-я мотострелковая дивизия, которая оборонялась вдоль Московского шоссе против немецкой 18-й танковой дивизии и которую усилили 115-м танковым полком 57-й танковой дивизии. Однако её боевые действия обычно описывают отдельно .

Начало наступления намечалось на утро 6 июля.

5-й механизированный корпус (генерал-майор И. П. Алексеенко)

13-я танковая дивизия (полковник Ф. У. Грачев)

17-я танковая дивизия (полковник И. П. Корчагин)

Отряд 109-й моторизованной дивизии

5-й мехкорпус перебрасывался с Украины в район восточнее Орши: танковые части прибыли к 4 июля, другие продолжали выгружаться до 8 июля, основные силы 109-й моторизованной дивизии, тыловые и ремонтные части не прибыли вообще (решением командования мехкорпус обслуживал армейский сборный пункт аварийных машин в Орше). Также на Украине остались разведбат и батальон связи 13-й танковой дивизии. Всего корпус имел на вооружении 927 танков.

7-й механизированный корпус (генерал-майор В. И. Виноградов)

14-я танковая дивизия (полковник И. Д. Васильев)

18-я танковая дивизия (генерал-майор Ф. Т. Ремизов)

7-й мехкорпус с началом войны начал выдвижение на запад из Московского военного округа и к 30 июня сосредоточился в районе Лиозно. 1-я мотострелковая дивизия была выведена из подчинения корпуса и переброшена в район Борисова, где сразу вступила в бой . К началу боёв корпус (без 1 мсд) имел на вооружении 507 танков.

В состав советской 20-й армии (командующим накануне назначен генерал-лейтенант П. А. Курочкин), кроме двух мехкорпусов, входил 69-й стрелковый корпус (153-я, 229-я и 233-я стрелковые дивизии), занимавший дефиле Витебск—Орша, и несколько отдельных стрелковых дивизий. По данным Л. Н. Антонова, 20-я армия была дополнительно усилена 4 артполками и 5 зенитными артдивизионами. Всего она насчитывала более 130 тыс. личного состава, свыше 1000 танков, 1500 орудий и минометов, в т. ч. более 600 минометов и 500 противотанковых пушек.

А. В. Исаев уточнил количество бронетехники: в обоих мехкорпусах на вооружении находилось более 1400 танков, в том числе 47 КВ и 49 Т-34. Кроме того, имелось около 330 бронеавтомобилей.

Действия 20-й армии с воздуха поддерживала 23-я смешанная авиадивизия (169-й и 170-й истребительные авиаполки, 213-й и 214-й бомбардировочные авиаполки, 430-й штурмовой авиаполк Осназ и 401-й истребительный авиаполк Осназ), всего 124 самолета, из них 26 неисправных. Приказ на поддержку наступления получила также 12-я бомбардировочная авиадивизия, базировавшаяся в районе Витебска, однако к этому времени она уже понесла большие потери.

По отчету командующего ВВС Западного фронта, на 8 июля (в разгар контрудара) авиация 20-й армии насчитывали 58 самолетов; еще 166 самолетов находились во фронтовом подчинении.

С немецкой стороны в танковом сражении юго-западнее Витебска приняли участие сначала 7-я и 17-я танковые дивизии вермахта.

7-я танковая дивизия (генерал-майор Г. фон Функ) имела танковый полк трёхбатальонного состава. К началу июля это было уже изрядно потрепанное соединение: из имевшихся в ней на 22 июня 1941 года 265 танков в строю оставалось 149 единиц.

17-я танковая дивизия (генерал-майор К. фон Вебер) имела танковый полк двухбатальонного состава. По данным А. Исаева, к 4 июля 17-я танковая дивизия насчитывала всего 80 из имевшихся на начало кампании 239 танков и БТР.

9 июля в районе боёв подошла немецкая 12-я танковая дивизия (генерал-майор Й. Гарпе), что окончательно склонило чашу весов в пользу противника.

С воздуха действия немецких войск поддерживал 8-й авиакорпус В. фон Рихтгофена.