В районе Новосокольников располагались резервы: 3-я горнострелковая дивизия и 55-й полк шестиствольных минометов. Северо-восточнее Невеля сосредоточивалась 20-я мотодивизия. Кроме того, в район Опухлики против южного фланга генерала Галицкого подтягивалась 291-я пехотная дивизия, а в район Насва, к северо-востоку от Великих Лук, с холмского направления перебрасывалась 8-я танковая дивизия. Прибывший в Новосокольники из Витебска штаб 59-го армейского корпуса должен был объединить все эти соединения.

Операции войск Западного и Калининского фронтов начались 25 ноября сразу по трем направлениям. Две армии Западного фронта атаковали восточный фас Ржевского выступа севернее Зубцова, на 40-километровом участке вдоль рек Вазуза и Осуга. Одновременно 22-я и 41-я армии Калининского фронта нанесли встречный удар с западного фаса выступа. А 3-я ударная армия начала наступление против северного крыла группы армий «Центр», пытаясь с двух сторон охватить Великие Луки.

В ночь перед наступлением погода в полосе 20-й и 31-й армий резко изменилась, повалил снегопад, затем началась пурга. Артиллеристы не видели целей и вели огонь по площадям, что резко снизило эффективность артподготовки, и хотя она длилась полтора часа, результаты ее были незначительны. Это сразу стало ясно, как только в 9.20 в атаку пошла пехота. Неподавленные огневые точки противника оказали сильное противодействие. 31-й армии генерал-майора B.C. Поленова прорвать оборону не удалось. Ее 88-я, 336-я и 239-я стрелковые дивизии, поддержанные 332-й и 145-й танковыми бригадами, ценой больших потерь добились лишь незначительных успехов. Южнее 20-я армия достигла несколько большего — 247-я стрелковая дивизия, при поддержке 80-й и 140-й танковых бригад, форсировала Вазузу и захватила плацдарм на ее западном берегу. Командарм сразу же бросил в бой свой резерв — 331-ю стрелковую дивизию полковника П.Е. Берестова. Под сильным огнем противника части 20-й армии медленно пробивались вперед, расширяя плацдарм. Однако и здесь не удалось добиться прорыва.

Тогда Жуков и Конев решили бросить вперед резервы и подвижную группу, не дожидаясь, пока стрелковые части прогрызут главную полосу. Жуков не был бы Жуковым, если бы не был готов ради достижения поставленной цели израсходовать последнего имеющегося под рукой солдата.

На рассвете 26 ноября части второго эшелона — 8-й гвардейский стрелковый, 6-й танковый и 2-й гвардейский кавалерийский корпуса начали выдвижение на плацдарм. Однако быстрого массированного удара не получилось. Две сотни танков, 30 тысяч солдат и 10 тысяч кавалеристов длинными колоннами растянулись по двум узким, затерянным в снегах дорогам, ведущим, через реку на западный берег. В результате подвижные части понесли потери от огня немецкой артиллерии, еще не вступив в бой. Лишь к середине дня 6-й танковый корпус (170 танков), которым ввиду болезни генерала Гетмана командовал полковник П.М. Арман, переправился на плацдарм. Три дивизии кавкорпуса вынуждены были задержаться на восточном берегу реки до следующего дня.

Танкисты сразу же рванулись вперед. 6-я мотострелковая бригада овладела деревней Холм–Березуйский и повернула на юг. 22-я танковая к вечеру выбила немецкие гарнизоны из укрепленных пунктов в Большом и Малом Кропотово, а ее 2-й танковый батальон прорвался через железную дорогу Ржев–Сычевка к деревне Ложки. 200-я и 100-я танковые бригады заняли Гриневку и Подосиновку. Этот успех дался нелегко: бригады потеряли до половины личного состава и танков, много было раненых, требующих эвакуации, необходимо было пополниться горючим и боеприпасами. Корпус перешел к обороне.

В это время немцы перебрасывали к участку прорыва части 27-го армейского корпуса из района Ржева и 9-ю танковую дивизию со стороны Сычевки.

Наступление подвижной группы возобновилось 28 ноября, с подходом отставших соединений. Вместе с 6-м танковым корпусом действовала 1-я самокатно-мотоциклетная бригада. С рубежа 100-й танковой бригады северо-западнее Подосиновки наносил удар также кавалерийский корпус Крюкова. К исходу дня советские войска продвинулись вперед еще на 20 км. Были разгромлены штабы трех частей из состава 9-й армии, уничтожено два артиллерийских полка противника, захвачены тыловые склады. К исходу дня 22-я и 200-я танковые бригады совместно с частью сил 6-й мотострелковой бригады перерезали железную дорогу Ржев–Сычевка и достигли рубежа Соустово, Азарово, Никишино, где были остановлены подоспевшими немецкими резервами.

Однако сосредоточенные на плацдарме советские стрелковые части так и не вошли в прорыв. Кроме того, на плацдарм не удалось перебросить достаточное количество артиллерии, а 9.-я танковая дивизия немцев начала контратаки в северном направлении вдоль ржевского шоссе, угрожая отрезать прорвавшиеся части.

Жуков считал, что все еще идет нормально. В ночь на 29 ноября он отдал приказ стрелковым дивизиям на плацдарме расширять прорыв, танковым и кавалерийским частям продолжать наступление на запад. Соединившись с войсками Калининского фронта, они должны были довершить окружение и разгром противника.

В эту же ночь немцы нанесли удар с двух сторон по флангам и в тыл прорвавшейся советской группировки. С севера атаковали части 27-го армейского корпуса, с юга — 39-го танкового. Они закрыли брешь в обороне на участке Ложки, Никишево. В результате находившиеся западнее железной дороги Ржев–Сычевка ослабленные в боях части 2-го кавалерийского корпуса, 22-й и 200-й танковых бригад, батальон 6-й мотострелковой бригады, остатки самокатно-мотоциклетной бригады оказались в окружении.

Калининский фронт, хотя и наступал сразу обоими своими флангами, добился в эти дни более заметных успехов. 41-я армия, нацеленная на левый фланг ржевской группировки, начала наступление на город Белый, севернее, вдоль реки Лучеса, наносила удар 22-я армия. Утром 25 ноября ударная группа 41-й армии — 6-й Сибирский добровольческий стрелковый корпус генерала С.И. Поветкина (в состав корпуса входили 150-я Новосибирская дивизия, 74-я Алтайская, 75-я Омская, 78-я Красноярская и 91-я стрелковые бригады. Дивизия имела 13 754 человека, бригады — по 6000 человек) и 1-й механизированный корпус, несмотря на метель и малопригодную для наступления местность, прорвали оборону противника и начали обход Белого, стремясь перерезать шоссе на Духовщину. К вечеру 27 ноября передовые части 65-й и 219-й танковых бригад корпуса Соломатина достигли дороги Белый–Владимирское, прервав одну из двух важнейших коммуникаций 41-го танкового корпуса генерала Гарпе. В немецкой обороне образовался прорыв шириной 20 и глубиной 30 км. Однако советская пехота и артиллерия в условиях бездорожья далеко отстала от танкистов.

К тому же, вместо того чтобы двигаться вслед за танками и завершить глубокий охват, генерал Тарасов бросил 150-ю стрелковую дивизию на север, на штурм Белого. Ее войска не смогли преодолеть оборону 146-й пехотной дивизии противника, несмотря на то, что весь удар был сосредоточен против одного из ее полков. Даже введение в бой 91-й стрелковой и 19-й механизированной бригады не смогло изменить положение. А утром 26 ноября к Белому подошли немецкие резервы — 113-й моторизованный полк 1-й танковой дивизии и фузилерный полк мотодивизии «Великая Германия». Остальная часть 1-й танковой дивизии была брошена на север — против двух танковых бригад Соломатина, оседлавших шоссе Белый–Владимирское.