Основным противником 39-й армии была растянутая на 42-километровом фронте 206-я пехотная дивизия. Такая плотность построения не обеспечивала эффективной обороны. Фактически оборона дивизии представляла собой цепочку оборонных пунктов, промежутки между которыми достигали нескольких километров. Одновременно полоса советского наступления затрагивала фланги соседей 206-й пехотной дивизии — 251-й и 253-й пехотных дивизий. Однако в тылу XXIII корпуса располагались сильные подвижные резервы: моторизованная дивизия «Великая Германия» и 14-я моторизованная дивизия. Они могли в случае необходимости быстро выдвинуться к участкам прорыва и «запечатать» их обороной или контратаками.

Артиллерийская подготовка в полосе наступления армии Зыгина началась несколько позже, чем на других участках Ржевского выступа. Орудия загрохотали только в 9.15 утра 25 ноября. Обработка немецких позиций артиллерией продлилась всего час. Учитывая, что плотность артиллерии была довольно низкой — чуть более 50 стволов на километр фронта, — основную работу предстояло сделать пехоте и танкам. Танки довольно быстро сумели преодолеть замерзшую речку Тудовку и вместе с пехотинцами устремились в атаку.

Глубже всего, пройдя 5 км за день, продвинулась в глубину немецкой обороны 100-я стрелковая бригада. На направлении главного удара особенно успешно продвигался 879-й полк 158-й дивизии, первый эшелон которого составлял подготовленный штурмовой батальон. В дальнейшем практика подготовки 1-го батальона стрелковых полков как штурмового стала типовой для наступлений Красной Армии второго периода войны. Соседний 881-й полк той же дивизии действовал хуже, не в последнюю очередь потому, что в нем не были созданы штурмовые группы. Тактика штурмовых групп проходила проверку боем, получая все большее распространение в «Вердене» на Ржевском выступе, но еще не стала стандартной для наступающих частей и соединений.

Уже к 18.00 первого дня наступления на выручку 206-й пехотной дивизии стали прибывать части «Великой Германии» и 14-й моторизованной дивизии. Первыми, что стало типичным для «Марса», прибыли мотоциклисты, в данном случае мотоциклетный батальон «Великой Германии». Вводить в бой всю 14-ю моторизованную дивизию командующий XXIII армейским корпусом генерал Гильперт не спешил, поскольку еще не был уверен, что участок 206-й пехотной дивизии является единственным местом наступления советских войск. Полностью дивизия была введена в бой только на следующий день. На поле боя выдвинулся также танковый полк «Великой Германии». Фактически вместо одной растянутой по фронту дивизии наступающим советским войскам противостояли почти три дивизии, поддержанные танками.

Днем 27 ноября подошедшими моторизованными частями было проведено несколько контратак, которые не привели к резкому изменению обстановки. В ночь на 28 ноября немцы были вынуждены отвести фронт на линию Зайцево — Урдом — Брюханово. Теперь основным опорным пунтом немецкой обороны стал город Урдом. В бой была введена 348-й стрелковая дивизия. Вскоре Урдом пал. Однако появление на участке наступления 39-й армии резервов немцев сделало ситуацию близкой к патовой. Подпертые частями «Великой Германии» и 14-й моторизованной дивизии полки 206-й пехотной дивизии стали оказывать существенное сопротивление продвижению 39-й армии. Наиболее логичным решением в данной ситуации было сменить направление удара. Именно по такому пути пошел координировавший операцию «Марс» Г.К.Жуков, сместив участок прорыва ближе к Ржеву. К назначенному на 7 декабря наступлению должна была присоединиться 30-я армия Западного фронта. Советская сторона в «Марсе» владела инициативой, и поэтому командование могло совершенно безнаказанно перемещать части и соединения между различными участками фронта. Оборонявшиеся под Ржевом немцы могли лишь с досадой наблюдать, за снимающимися с позиций частями. Они сменялись с расширением полос обороны своими соседями и убывали в неизвестном направлении. Так на новый участок прорыва были переброшены 16-я гвардейская, 375-я и 220-я стрелковые дивизии. Рокировка производилась также внутри 39-й армии. На левый фланг армии перемещались 135-я стрелковая дивизия, 130-я и 136-я стрелковые бригады.

Вторая фаза наступления 39-й армии началась немного раньше, чем наступление 20-й армии в районе Сычевки. 7 декабря перегруппировавшиеся советские войска нанесли мощный удар по немецким укреплениям у Трушково на левом фланге старой полосы наступления. Удар пришелся по стыку между 14-й моторизованной и 251-й пехотной дивизиями. Наступление развивалось успешно, побитые в предыдущих боях части 14-й моторизованной дивизии начали отступать, и к полудню наступающие захватили деревню Гончуки в глубине немецкой обороны, в трех километрах к югу от Трушково. В последующие два дня под ударами 39-й армии немцы были вынуждены отвести свои части назад справа и слева от Гончуков во избежание обхода флангов. 10 декабря Зыгин ввел в бой остатки 81-й и 28-й танковых бригад, вооруженные отремонтированными танками. И снова 14-я моторизованная дивизия оказалась «слабым звеном» — оборона у Гончуков была прорвана, и наступающие продвинулись к лесам юго-западнее деревни.

Однако успех был мимолетным: на участок 14-й моторизованной дивизии прибыла «пожарная команда» обороны Ржевского выступа — боевая группа Беккера. Она во время всего советского наступления металась между различными участками, вступая в бой в решающие моменты сражения. Посаженные на автомашины пехотинцы могли за считаные часы переместиться от одного участка к другому, и сама идея сковывающих ударов во многом теряла свой смысл. Первой акцией группы Беккера стал перехват коммуникаций прорвавшихся к югу от Гончуков танков.

Ночью 11 декабря прибыло подкрепление из 30-й армии, переброшенные из района Ржева 16-я гвардейская и 220-я стрелковая дивизии. Однако обороняющиеся также получили резервы. Помимо группы Беккера прибыл мотоциклетный батальон 2-й танковой дивизии. Общее наступление 39-й армии началось в полдень 13 декабря с интенсивной четырехчасовой артподготовки. Основной удар приняла на себя группа Беккера и собранная из надерганных из разных соединений частей боевая группа Рекума 251-й пехотной дивизии. Прорыва обороны достигнуть не удалось, но были деблокированы временно окруженные остатки двух танковых бригад. Атаки и контрудары непрерывно сменяли друг друга. Наступающим советским войскам противостояла мозаика из пехотных, мотопехотных, танковых, мотоциклетных частей и самоходных орудий нескольких немецких дивизий.

Бои продолжались с неослабевающим напряжением до 17 декабря, а затем начали утихать по мере снижения боеспособности атакующих советских войск. Приказ перейти в оборону войска 39-й армии получили только 23 декабря.

Наступление 22-й армии в долине Лучесы. Определенные трудности использования танков севернее Белого, в долине реки Лучесы отмечались командованием Калининского фронта еще на начальных этапах подготовки операции. Однако сомнения были разрешены в пользу использования в труднодоступной местности в полосе 22-й армии генерал-майора В.А.Юшкевича крупного подвижного соединения — 3-го механизированного корпуса М.Е.Катукова. Объяснение такого решения может быть одно: командование Калининского фронта упорно нащупывало слабые места в немецкой обороне и резонно предполагало слабость цепочки опорных пунктов в труднодоступной местности. Было довольно удачно выбрано место для удара — на стыке 86-й и 110-й пехотных дивизий. Для прорыва немецкой обороны было сосредоточено 80 тысяч человек, 270 танков, 7 артиллерийских полков и 3 противотанковых полка. Отдельные бригады поддержки пехоты в 22-й армии отсутствовали. Армия Юшкевича должна была наступать по узкой извилистой речной долине, которую с обеих сторон обступали густые леса. Двадцать километров до шоссе Оленино — Белый нужно было пройти по узкому коридору, не имея возможности для маневра.