В конце января была предпринята попытка восстановить сообщение с войсками, действовавшими юго-западнее Ржева. С этой целью 30-я армия, переброшенная с левого крыла фронта в район северо-западнее Ржева, нанесла удар в южном направлении навстречу войскам 29-й армии, наступавшим с юга. Однако эта попытка успеха не имела, и к концу января войска Калининского фронта оставались разрезанными на две части.

Одновременно с наступлением войск Калининского фронта на ржевско-вяземском направлении войска правого крыла Западного фронта вели подготовку к прорыву сильной оборонительной полосы противника по рекам Лама и Руза, а войска левого крыла фронта продолжали наступление на юхновског вяземском направлении.

После неудачных попыток прорвать заблаговременно подготовленную оборону немцев на р. Лама в конце декабря — начале января, предпринятых разрозненными усилиями войск 1-й ударной, 20-й и 16-й армий, Ставка Верховного Главнокомандования приказала командующему Западным фронтом подготовить прорыв на участке 20-й армии, для чего создать ударную группировку, перебросив сюда часть сил соседних 1-й ударной и 16-й армий. К 10 января в 20-ю армию были переданы 2-й гвардейский кавалерийский корпус, одна кавалерийская дивизия, одна танковая и 4 стрелковые бригады, 5 лыжных батальонов, 5 артиллерийских полков и 2 дивизиона реактивной артиллерии.

В результате проведенной перегруппировки 20-я армия, действовавшая на 20-километровом фронте западнее Волоколамска, к 10 января 1942 г. имела в своем составе 2 стрелковые дивизии, 8 стрелковых и 6 танковых бригад, 5 лыжных батальонов, 3 кавалерийские дивизии, 395 орудий, 450 минометов и 100 танков.

Сосредоточение основных сил и средств армии на избранном для нанесения главного удара 8-километровом участке фронта позволило создать плотность 3,5 батальона, 37 орудий, 39 минометов, считая и 50-мм, и 12,5 танка на 1 км фронта и обеспечило нашим войскам более чем трехкратное превосходство по пехоте, артиллерии и минометам и двойное по танкам. Так, например, в полосе наступления 352-й стрелковой дивизии шириной 2 км средняя плотность достигала 6 батальонов, 48 орудий и минометов калибра 76 мм и крупнее и 8 установок реактивной артиллерии на 1 км фронта.

Наступление 20-й армии было поддержано 47-й авиационной дивизией и одним бомбардировочным полком, которые получили задачу наносить удары по резервам и тылам противника и поддержать действия подвижной группы армии в глубине обороны.

Одновременно с наступлением 20-й армии, наносившей удар из района Волоколамска на Шаховскую, должна была перейти в наступление 1-я ударная армия из района Суворово на Раменье. 16-я армия должна была продолжать обороняться на занимаемом ею рубеже.

Наступление 20-й армии началось утром 10 января. Вначале, в течение одного часа, артиллерия вела огонь по противнику в полосе наступления двух левофланговых стрелковых бригад 20-й армии с целью демонстрации здесь начала прорыва. Затем была проведена полуторачасовая артиллерийская подготовка на участке прорыва, после которой войска перешли в атаку.

В напряженном двухдневном бою главная полоса обороны противника была прорвана, и 13 января в прорыв был введен 2-й гвардейский кавалерийский корпус под командованием генерал-майора Плиева И. В., который начал развивать наступление на Шаховскую. Вслед за кавалерийским корпусом начали развивать успех другие соединения армии.

Войска 1-й ударной армии, перешедшие в наступление одновременно с 20-й армией и использовавшие успех последней, к 13 января вышли на фронт Ярополец, Ильинское (7—8 км юго-западнее Ярополец).

3-я танковая армия противника контратаками пехотных частей при поддержке танков пыталась задержать продвижение войск 1-й ударной и 20-й армий с тем, чтобы обеспечить отвод своих главных сил в направлении Гжатска.

Однако к этому времени вражеское командование уже не могло маневрировать своими силами, снимая их с ближайших участков фронта. Дело в том, что войска 16-й армии, используя продвижение 20-й армии, 14 января также перешли в наступление. Войска 5-й и 33-й армий, начавшие наступление еще в первых числах января, сломили сопротивление противника и развивали наступление на Можайск. 14 января войска 5-й армии овладели Дорохово и вынудили врага к отходу.

Вследствие этого командующий фронтом приказал изменить направление наступления 2-го гвардейского кавалерийского корпуса 20-й армии вместо Шаховской на Гжатск с тем, чтобы не дать возможности противнику отвести на запад свою можайскую группировку.

Под ударами наших войск 3-я и 4-я танковые армии врага были вынуждены начать отход на подготовленный оборонительный рубеж Погорелое Городище, Дурыкино, Шанский завод.

В связи с этим с 15 января темп продвижения войск правого крыла Западного фронта стал возрастать.

16 января наши войска заняли Лотошино, 17 января — Шаховскую и Рузу. К 20 января общими усилиями войск 5-й и 33-й армий было нанесено поражение можайско-верейскрй группировке немецко-фашистских войск и Можайск, важнейшей узел сопротивления врага, был освобожден от фашистских захватчиков. После этого войска 33-й армии были повернуты в юго-западном направлении для наступления против группировки противника, оборонявшейся в районе Медыни.

К этому времени 1-я ударная армия (7 стрелковых и две морские бригады, 10 лыжных и один танковый батальоны, артиллерийский полк и три дивизиона реактивной артиллерии) была выведена в резерв Ставки Верховного Главнокомандования [Директива Ставки ВГК № 170029 от 19. 1. 42 г.] и затем переброшена в состав Северо-Западного фронта. Одновременно с этим полевое управление 16-й армии с армейскими частями, передав свои войска и участок фронта 5-й армии, по решению командования фронтом перебрасывалось на левое крыло фронта в район Сухиничи.