Спустя трое суток после перехода в наступление 31-й и 20-й армий должна была начать наступление 5-я армия, а еще через несколько суток — 33-я армия Западного фронта. Для того чтобы избежать распыления артиллерии, предполагалось осуществить широкий маневр артиллерийскими полками. Первоначально большая часть фронтовой артиллерии задействовалась для поддержки наступления 31-й и 20-й армий. Затем намечалось перегруппировать ее на заранее подготовленные позиции, сначала в полосу 5-й армии, а затем в полосу 33-й армии. Значительную часть авиации фронта также предполагалось переключить на обеспечение наступления этих армий.

На направлении предполагавшегося наступления 20-й и 31-й армий на 100-километровом участке фронта от Самойлово до Гридино оборонялся XXXXVI танковый корпус 9-й армии. В его состав входили 342-я и 161-я пехотные дивизии, 36-я и 14-я моторизованные дивизии. Резервов корпус не имел. В целом в распоряжении 9-й армии было три подвижных соединения: 1, 2-я и 5-я танковые дивизии. Танковые полки 1-й и 2-й танковых дивизий остались в однобатальонном составе, так как из них были изъяты I танковые батальоны для усиления танковых и моторизованных дивизий, задействованных в летнем наступлении в южном секторе фронта. Во 2-й танковой дивизии на 20 июня насчитывалось 22 Pz.II, 33 Pz.38(t), 20 Pz.III, 5 Pz.IV и 2 командирских танка, в 1-й танковой дивизии на 15 июля насчитывалось 2 Pz.II, 10 Pz.38(t), 26 Pz.III, 7 Pz.IV и 4 командирских танка. Единственной танковой дивизией с двумя танковыми батальонами в танковом полку была 5-я танковая дивизия, насчитывавшая на 25 июня 26 Pz.II, 55 Pz.III, 13 Pz.IV и 9 командирских танков. Все танки Pz.III и Pz.IV в этих четырех дивизиях были старых типов, они не получили ни одного танка этих типов с длинноствольными орудиями. Соответственно 36-я и 14-я моторизованные дивизии 9-й армии, в отличие от соединений аналогичного класса на южном секторе фронта, танковых батальонов в своем составе не имели.

В 6.15 4 августа 1942 г. утренняя тишина в районе Погорелого Городища сменилась оглушительной канонадой. Полуторачасовая артиллерийская подготовка традиционно завершилась залпом реактивной артиллерии. Пронзительный визг снарядов РС в течение нескольких лет возвещал немцам о том, что лишь немногие из слышавших его доживут до следующего дня.

В 7.45 штурмовые батальоны и передовые подразделения частей первого эшелона по штурмовым мостикам, на плотах, на паромах, в лодках, на подручных переправочных средствах и вброд форсировали реку Держа и перешли в атаку. Один за другим опорные пункты противника захватывались или блокировались.

Специальный штурмовой отряд прорвался вдоль железнодорожного полотна на 6 км в глубину обороны противника и захватил железнодорожный и деревянные мосты через реку Синяя. Заложенные для взрыва мостов мины были обезврежены. Уже в 13.50 первого дня наступления части 251-й стрелковой дивизии 20-й армии ворвались в Погорелое Городище. В результате ожесточенных боев, переходивших в рукопашные схватки, гарнизон Погорелого Городища при попытке прорваться через мост на реке Держа у юго-западной окраины города частью был уничтожен, а частью взят в плен.

Уже в первые часы советского наступления немецкое командование начало принимать срочные меры для предотвращения крушения фронта 9-й армии и прорыва советских войск к ее основным транспортным артериям. Перевозившийся из района Ржева в состав 4-й армии 84-й полк 102-й пехотной дивизии был в Спас-Деменске развернут назад и самолетами Ю-52 (!!!) переброшен в район Сычевки. Одновременно в полосу XXXXVI танкового корпуса направлялись все три танковые дивизии 9-й армии. Общей идеей немецкого командования было построение нового фронта обороны позади рухнувших позиций XXXXVI корпуса. Для объединения прибывающих с разных участков войск было использовано управление XXXIX танкового корпуса генерала танковых войск Ганса-Юргена фон Арнима.

В итоге двух дней операции войска 20-й армии прорвали оборону противника на фронте 18 км и в глубину до 30 км и вышли передовыми частями на подступы к рекам Вазуза и Гжать, где встретили организованное сопротивление передовых подразделений оперативных резервов 9-й армии и сохранившихся при отходе частей первого эшелона. Советские войска подтягивали по раскисшим вследствие дождей дорогам артиллерию, подвозили боеприпасы и готовились к вводу в бой подвижной группы.

20-я армия получила общую задачу: форсировать 6 августа реки Вазуза и Гжать и захватить плацдарм за этими реками. 7 августа предполагалось совместно с подвижной группой фронта овладеть районом Сычевки.

Утром 6 августа, когда корпуса подвижной группы еще продолжали переправляться через реку Держа, войска 20-й армии продолжили наступление и вступили в борьбу с оперативными резервами противника на рубеже реки Вазуза. Большая часть артиллерии к этому времени была подтянута вперед. Однако среди пленных стало попадаться все больше солдат новых соединений, которые командование 9-й армии собирало перед острием советского наступления. Наступающие дивизии встретила мешанина пехотных и танковых частей и соединений.

Тем временем к 15.00 6 августа корпуса подвижной группы фронта после 30—50-километрового перехода вывели большую часть войск в назначенные районы. Танковые корпуса имели задачу форсировать Вазузу и 7 августа овладеть Сычевкой. 2-й гвардейский кавалерийский корпус имел задачу утром 7 августа форсировать Вазузу и к исходу дня выйти в район Зеленой Рощи, южнее Сычевки, перерезав железную дорогу из Вязьмы в Ржев.

7 августа боевые действия развернулись на реках Вазуза и Гжать и в районе Карманово. Танковые корпуса подвижной группы фронта вели бои совместно с войсками 20-й армии далеко не в полном составе и преимущественно только танками. Ночью пошел проливной дождь. Подвоз боеприпасов, продовольствия и горючего по раскисшим дорогам осуществлялся только конным транспортом, и то с большим трудом.

Утром 8 августа войска 20-й армии совместно с частями корпусов подвижной группы фронта под проливным дождем возобновили наступление для захвата плацдармов на западных берегах рек Вазуза и Гжать и для разгрома кармановской группировки. Населенный пункт Карманово на левом фланге советского наступления, согласно немецкой технологии ведения оборонительных операций, удерживался прочной обороной с перспективой сужения прорыва и срезания прорвавшейся в глубину обороны группировки советских войск.

На шестой день операции встречное сражение войск правого крыла Западного фронта на рубеже рек Вазуза и Гжать и в районе Карманово дошло до кульминационной точки. Обе стороны задействовали 9 августа почти все войска, которые можно было использовать без ущерба для устойчивости фронта. Западный фронт ввел в бой подвижную группу, 9-я армия рокировала к Вазузе и Гжати все свои подвижные соединения, а также 102, 6-ю и 78-ю пехотные дивизии.

В течение 9 августа 6-й танковый корпус подвижной группы совместно с 251-й стрелковой дивизией 20-й армии в упорных встречных боях с 5-й танковой дивизией и частями 161-й пехотной дивизии расширили на 2—3 км плацдарм на западном берегу Вазузы — от Логово и Тимонино на запад к реке Осуга. Одновременно 8-й танковый корпус и 331 -я стрелковая дивизия во встречных боях с частями 1-й танковой и 6-й пехотной дивизий противника расширили в течение дня плацдарм на западном берегу рек Вазуза и Гжать. 2-й гвардейский кавалерийский корпус, усиленный 354-й стрелковой дивизией 20-й армии, форсировал Гжать. Однако, опасаясь, что сильная кармановская группировка противника может сомкнуть фронт позади наступающего корпуса и превратить наступление его войск в изолированный рейд, командование корпуса прервало наступление. Командир 2-го гвардейского кавалерийского корпуса В.В.Крюков принял решение до разгрома кармановской группировки перейти на захваченном юго-западнее реки Гжать плацдарме к обороне. Карманово, подобно другим опорным пунктам, называвшимся немцами «угловыми столбами», стало все больше мешать продвижению вперед. На Карманово были развернуты 8-й танковый и 8-й гвардейский стрелковый корпуса.