Вторая операция проходила с 3 по 17 февраля. На этот раз немецким войскам пришлось до предела напрягать все свои силы, чтобы удержать оборону северо-западнее и юго-восточнее города, где она неоднократно находилась на грани прорыва. Хотя при этом немцы понесли тяжелые потери, однако им удалось не допустить решающих прорывов противника, бросившего в наступление пятьдесят три стрелковые дивизии, десять танковых бригад и три артиллерийские дивизии. Но силы немногочисленных немецких дивизий, державших оборону по широкой 70-километровой дуге вокруг Витебска, были истощены. Командование армии срочно запросило разрешения отойти на «пригородный рубеж» протяженностью лишь в 30 км. Разрешение было дано, но с условием, что Витебск как «последний крупный русский город по психологическим соображениям должен быть удержан любой ценой». До весны бои за Витебск велись лишь спорадически, ни по продолжительности, ни по напряженности не достигая былого размаха.

У автострады Москва — Минск в районе Орши русские после неоднократных неудач больше не предпринимали крупных наступательных действий, а в направлении Могилева лишь однажды, между 25 и 31 марта, безуспешно попытались массированным ударом при поддержке крупных сил авиации прорвать спрямленную линию немецкой обороны между Проней и Днепром. Зато в течение января — февраля они штурмовали позиции 9-й армии с целью выйти к Бобруйску.

Атаки здесь начались 8 января из района южнее Березины, а затем и еще южнее, на фронте 2-й армии, занимавшей особенно невыгодные позиции севернее и южнее Мозыря. Связь с группой армий «Юг», нарушенная в начале ноября в результате неудач 4-й танковой армии, с тех пор так и не была восстановлена. Закрыть образовавшуюся здесь брешь, вновь создав тем самым сплошной фронт, главное командование сухопутных сил считало задачей невыполнимой; по его мнению, необходимо было довольствоваться обеспечением бреши подвижными частями. Использовать для этой цели несколько венгерских дивизий, находившихся в районе Припятских болот, не представлялось возможным, так как венгерскому правительству было обещано, что эти дивизии из-за слабой их оснащенности будут использованы не на фронте, а лишь для борьбы с партизанами. При первом же появлении русских войск венгры отходили на запад, оказавшись в начале января уже за рубежом Сарны, Лунинец; на их участке давали себя знать отголоски русского наступления на фронте группы армий «Юг».

Свои атаки против смежных флангов 2-й и 9-й армий южнее Березины русские сочетали с броском кавалерийского корпуса на Мозырь и Петриков. Если бы этому корпусу удалось перерезать неудобно расположенные коммуникации 2-й армии, шедшие из Мозыря на Пинск, снабжение армии было бы сорвано, ибо связи со Жлобином уже не было, а ведущая из Бобруйска в юго-западном направлении железная дорога находилась в руках крупных партизанских отрядов. К 11 января русские добились между Мозырем и Березиной такого значительного вклинения, что 2-я армия оказалась глубоко обойденной с севера. Одновременно русская кавалерия теснила немецкие войска в направлении Петрикова. Гитлер вначале категорически запретил отход попавшей в тиски 2-й армии. Однако 13 и 14 января она все-таки вынуждена была под напором противника в исключительно тяжелых условиях отступить, и лишь поэтому ей в самый последний момент удалось избежать окружения. Русские же, когда их надежды на успех не оправдались, в дополнение ко всему перенесли центр тяжести своих ударов на 9-ю армию в районе непосредственно южнее Березины. До конца месяца обеим немецким армиям благодаря неоднократным отступательным маневрам удавалось сохранять временами прерывавшуюся между ними связь. Севернее Березины русские вплоть до 10 февраля также предпринимали атаки, не принесшие им, однако, решающего успеха.

Затем после десятидневной паузы они попытались взять в клещи Бобруйск, возобновив свои атаки против южного фланга 9-й армии и одновременно нанеся удар с востока по ее северному флангу. Этим наступлением они одновременно рассчитывали добиться окружения большей части основных сил 9-й армии, располагавшихся между Днепром и Березиной. 19 февраля русские войска перешли в наступление по обе стороны Березины, а двумя днями позже форсировали Днепр севернее Рогачева, с первой же попытки добившись здесь неожиданно глубокого вклинения, которое они немедленно стали расширять в северозападном, западном и южном направлениях. Спешная эвакуация рогачевского плацдарма спасла находившиеся там части 9-й армии от уничтожения и позволила командованию армии высвободить достаточное количество сил для восстановления нарушенной связи с 4-й армией по нижнему течению реки Друть. В результате отхода вдоль Березины до района Паричей и подготовки нового оборонительного рубежа южнее Рогачева, примыкавшего еще к Днепру, а западнее Друти соприкасавшегося с линией обороны 4-й армии, удар русских был отражен.

В течение марта главной заботой командования группы армий «Центр» стал сильно растянутый фланг 2-й армии. Непрерывное подтягивание русских сил по дороге Киев — Коро-стень — Сарны, начавшееся наступление против 4-й танковой армии вплоть до района Ковеля, становившееся все более заметным давление русских на север между реками Горынь и Стоход вызывали опасения, что русские будут продвигаться на Брест. На пути же к нему единственной преградой являлся окруженный еще в середине марта Ковель, для освобождения которого командованию группы армий «Центр» пришлось снять одну дивизию со своего центрального участка.

За счет значительного оголения ранее занимаемых позиций, а также с помощью двух дивизий, снятых командованием группы армий с других участков фронта, 2-я армия постепенно создала оборону на широком фронте от Петрикова до шоссе Брест — Ковель включительно. Основные усилия ее были направлены теперь главным образом на удержание обороны на западном фланге, прежде всего с целью прикрыть Брест, а также для того, чтобы ударом двух танковых дивизий с северо-запада содействовать освобождению Ковеля, так как предпринятое 4-й танковой армией наступление с запада не смогло прорвать кольца русских войск. Одновременно должна была быть, наконец, восстановлена нарушенная еще 12 ноября 1943 г. связь с группой армий «Юг», что и удалось осуществить 25 марта западнее Ковеля — в 400 км к западу от того района севернее Киева, где она была нарушена. С целью сосредоточить руководство наступательными действиями по освобождению Ковеля в одних руках, разграничительная линия между обеими группами армий была перенесена в район южнее Ковеля. Между 27 марта и 5 апреля танковые дивизии и пехотные части пробивались с тяжелыми боями к окруженному гарнизону, испытывавшему сильное давление русских. Немецким войскам пришлось действовать в исключительно трудных условиях. Начиналась весенняя распутица, лесисто-болотистая местность в бассейне реки Припять стала еще более непроходимой; к тому же мосты через многочисленные реки и речушки были разрушены, а ограниченный обзор вызывал необходимость каждый раз бросать в бой крупные силы пехоты. Еще за два дня до удара этой группировки десанту на «Пантерах» удалось с запада прорваться к городу, однако вслед за ним русское кольцо окружения вновь замкнулось. И все же то, что не удалось у Великих Лук, у Тернополя и в других местах, было наконец достигнуто здесь, правда, ценою исключительного напряжения деблокирующих сил. Главным же образом успех оказался возможным потому, что у русских не было намерения продвигаться далеко за пределы окруженного города. Удержание важного железнодорожного узла было в этом случае, пожалуй, оправданным. Связанная же с этим опасность заключалась в том, что Гитлер со всё возраставшим упрямством придерживался принципа обороны «крепостей», приказав укрепить ценою огромных затрат средств и рабочей силы также многие другие города. Для обороны этих «крепостей» отступавшим немецким войскам приходилось выделять довольно крупные силы, нехватка которых остро ощущалась впоследствии. К тому же «крепости» в конце концов занимались русскими, а оборонявшие их войска попадали в плен или уничтожались. К несчастью, Гитлер обрел ярого сторонника такой тактики в лице командующего группой армий «Центр» фельдмаршала Буша. Последний, отвергая все сомнения командующих его армиями и особенно опасения, настойчиво высказывавшиеся командующим 3-й танковой армией генерал-полковником Рейнгардгом, утверждал, будто бы окруженные «крепости» прикуют к себе такие крупные силы противника, что отсутствие на остальных участках фронта частей, окруженных в крепости, не будет сильно сказываться на действиях немецких войск. Последовавшее затем крупное летнее наступление русских со всей убедительностью показало, насколько правы были Рейнгардг и все разделявшие его точку зрения.