Второй эшелон (8-й гвардейский стрелковый корпус) и подвижная группа (2-й гвардейский кавалерийский и 6-й танковый корпуса) армии были сосредоточены на открытой небольшой по размеру местности. Этим воспользовался противник, который непрерывно обстреливал их из артиллерийских орудий и минометов и бомбил с воздуха. В связи с тем, что соединения первого эшелона 20-й армии не сумели завершить прорыв вражеской обороны, это предстояло сделать подвижной группе. При этом 6-й танковый корпус под командованием полковника П. М. Армана потерял только за один день, 26 ноября, 50–60 % материальной части и личного состава. На следующий день он совместно с частями 2-го гвардейского кавалерийского корпуса генерал-майора В. В. Крюкова прошел через оборону противника. Подвижная группа пересекла железную дорогу Ржев — Сычевка и оказалась в окружении. Из 6-го танкового корпуса здесь оказалось только 20 танков, 29 ноября к ним прорвалось еще несколько. Войска 31-й армии (генерал-майор В. С. Поленов) Западного фронта, обеспечивавшие правый фланг 20-й армии, в течение трехдневных боев при больших потерях так и не смогли прорвать немецкую оборону.

28 ноября наступление с восточной части ржевского выступа было приостановлено. В ночь на 30 ноября остатки 6-го танкового корпуса при поддержке соединений 20-й армии, наносивших удар с фронта, перешли в наступление в восточном направлении и вырвались из окружения, потеряв при этом почти все оставшиеся танки и большую часть личного состава.

Части 2-го гвардейского кавалерийского корпуса, которым удалось взорвать участок железной дороги Вязьма — Ржев, железнодорожный мост, прорваться назад не смогли. Остатки кавалеристов были вынуждены уйти в леса на запад.

1 декабря 20-я армия, которой были переданы две левофланговые дивизии перешедшей к обороне 31-й армии, сумела прорвать вражескую оборону на участке шириной 8 и в глубину до 6 км, но расширить прорыв ей не удалось. 3 декабря в наступление перешла 30-я армия (генерал-майор В. Я. Колпакчи) Западного фронта, части которой наступали северо-западнее Ржева в направлении на Чертолино. В ходе ожесточенных 4-дневных боев они овладели небольшим плацдармом на южном берегу Волги, который вклинивался в передний край обороны противника.

Несколько успешнее развивалось наступление войск Калининского фронта с западной стороны ржевского выступа. Здесь южнее г. Белый наступал 6-й Сталинский добровольческий стрелковый корпус генерал-майора С. И. Поветкина. До выхода на исходный рубеж корпус в течение 30 суток совершил 170-километровый марш от места выгрузки. На довольствие его «забыли» поставить, а потому бойцам выдавали в день от 400 до 750 граммов хлеба. В результате появились больные от истощения, были случаи смерти от «паралича сердечной недостаточности». Не все бойцы имели оружие.

25 ноября 6-й Сталинский добровольческий стрелковый корпус, вошедший в состав 41-й армии (генерал-майор Г. Ф. Тарасов), при поддержке танковых подразделений 1-го механизированного корпуса пошел на прорыв вражеской обороны. Участок для прорыва был выбран неудачно: узкая долина шириной с километр, господствующие высоты над которой занимали части противника. Потери при прорыве были такими большими, что пришлось ввести в сражение раньше намеченного срока 1-й механизированный корпус. Он продвинулся от 20 до 25 км и перерезал шоссе Белый — Владимирское, по которому шло снабжение немецких войск в Белом. Сопротивление подходивших резервов противника заставило к началу декабря остановить продвижение. Войска 41-й армии вступили в бой южнее и севернее Белого, но попытки окружить город были неудачными.

Соединения и части 22-й армии (генерал-майор В. А. Юшкевич), действовавшие в долине р. Лучеса севернее 41-й армии, при участии 3-го механизированного корпуса (генерал-майор М. Е. Катуков) медленно, но упорно продвигались к шоссе Оленино — Белый. Маршал бронетанковых войск М. Е. Катуков вспоминал: «В тяжелейшей обстановке пришлось наступать танковым и механизированным бригадам, а также стрелковым частям. Правда, морозы сковали болота, но снежные заносы тоже были для нас немалой помехой. По сугробам, волнистым снежным наметам большой лихости не покажешь. К тому же гитлеровцы прикрыли свою оборону бессчетными минными полями. А это опять серьезное препятствие на пути движения боевых машин. Ведь пока мало-мальски разминируешь проходы, потеряешь уйму времени».

Ценой больших потерь войска 22-й армии смогли вклиниться в оборону только на 18 км. С севера им помогали соединения и части 39-й армии (генерал-майор А. И. Зыгин), наступавшие на Оленино. Они не сумели прорвать оборону противника, но, неся большие потери, к 30 ноября все-таки немного потеснили врага. Бои на всех участках были крайне ожесточенные и кровопролитные.

К началу декабря наступление на Калининском фронте замедлилось на всех направлениях, а резервы отсутствовали, так как фронт одновременно осуществлял Великолукскую операцию.

Командующий 9–й армией генерал Модель, проведя быстро перегруппировку войск, подготовил и осуществил ряд контрударов против успешно действовавших на западном участке наступления частей Калининского фронта. В результате контрудара северо-восточнее Белого была уничтожена 47-я механизированная бригада 41-й армии, а 7 декабря юго-восточнее Белого были окружены части 1-го механизированного корпуса и остатки 6-го Сибирского добровольческого стрелкового корпуса.

8 декабря командующие войсками Калининского и Западного фронтов получили директиву № 170700, в которой Ставка ВГК требовала: «Совместными усилиями Калининского и Западного фронтов к 1 января 1943 г. разгромить ржевско-сычевско-оленино-белыйскую группировку противника и прочно закрепиться на фронте Ярыгино, Сычевка, Андреевское, Ленино, Новое Ажево, Дентялево, Свиты». В дальнейшем, после перегруппировки войск Калининского и Западного фронтов, предстояло разгромить к концу января гжатско-вяземско-холм-жирковскую группировку противника и выйти на старый оборонительный рубеж. После занятия Вязьмы и выхода на прошлогодний оборонительный рубеж западнее линии Ржев — Вязьма операция считались законченной, а войска следовало перевести на зимние квартиры.

Г. К. Жуков, недовольный действиями войск, ходатайствовал перед Сталиным о замене некоторых командующих армиями и командиров соединений. Заменить их, как об этом пишет С. А. Герасимова, он не имел полномочий. 4 декабря Иосиф Виссарионович сообщает Жукову: «Ваше предложение по улучшению операции 20А утверждается Ставкой. Кирюхин освобождается от должности командарма 20. Руководство операциями 20-й армии временно поручается генерал-лейтенанту Хозину. Операцию по Гжатску можно отложить. Поручается Вам взять из группы войск по гжатской операции потребное количество стрелковых дивизий, 5 тк и передать 20А для ее усиления. 150 танков будет направлено в распоряжение Степанова».

11 декабря войска 20, 31 и 29-й армий возобновили наступление. В сражение были введены 5-й танковый и спешно переформированный с 30 ноября по 11 декабря 6-й танковый корпуса. Атаки советских войск продолжались здесь до 18 декабря.

Тем временем 1-й механизированный корпус, введенный в прорыв на участке, выбранном Жуковым, углубился с боями до 75 км в оборону противника и с частью сил 6-го Сибирского добровольческого стрелкового корпуса оказался в окружении. Командующий Калининским фронтом генерал М. А. Пуркаев приказал 1-му механизированному корпусу удерживать занимаемый район, рассчитывая на соединение войск фронта с группой под командованием М. Д. Соломатина. В течение 15 дней в ожесточенных боях с крупной танковой группировкой и при сильном воздействии авиации противника подчиненные генерала Соломатина успешно выполняли поставленную задачу.