Освободив Андреаполь, наши пошли на Торопец, выполняя запланированную Ставкой Торопецко-Холмскую операцию. Её целью было разгромить осташковскую группировку немцев и, обходя с запада группу армий «Центр», содействовать её разгрому войсками Калининского и Западного фронтов. Неожиданно для немцев к Торопцу подошли 19 января части 249-й стрелковой дивизии и 48-й стрелковой бригады, а затем и 360-й стрелковой дивизии. После двухдневных уличных боёв Торопец был взят, причём несколько пехотных подразделений немцев сдались в плен. Во время боёв за Торопец командарм Ерёменко был ранен, но поле боя не покинул.
Одновременно с 4-й ударной армией в направлении на Ржев 8 января пошла в наступление 39-я армия Калининского фронта (командарм генерал-лейтенант И.И. Масленников). Форсировав Волгу западнее Ржева, она прорвала немецкую оборону, прошла с боями 50 км к югу и к середине января вышла к Сычёвке. Всю вторую часть января 39-я армия вела бои на участке Осуга — Сычёвка.
В образовавшийся прорыв, обеспеченный 39-й армией, были введены войска 29-й армии (командарм генерал-майор В.И. Вострухов) с направления от Луковниково — Ельцы на Оленино и 11-й кавкорпус (комкор генерал-майор Г.Т. Тимофеев). Они обошли Ржев с севера, ударили на Мончалово, Чертолино, к 26 января кавкорпус подошёл к Вязьме. К этому времени они окружили в районе Оленино около 7 дивизий немцев, а под Ржевом и Сычёвкой — 9 дивизий. Подтянув резервы, немцы сумели закрыть узкий прорыв и отсечь 29-ю армию от 39-й армии. Только в феврале части 29-й армии смогли соединиться с 39-й армией, понеся большие потери.
Южнее развивала наступление 31-я армия (командарм генерал-майор В.А. Юшкевич), к 1 января она занимала рубеж Старица — Степурино. К 7 января армия продвинулась вперёд на 30 км к югу от Старицы, к середине января в ходе предыдущих боёв она была сильно ослаблена, однако продолжала наступательные действия в направлении на Зубцов.
Ещё южнее, с тургиновского направления, действовала 30-я армия (командарм генерал-майор Д.Д. Лелюшенко) во взаимодействии с 31-й армией. К концу января её части подошли к району восточнее Зубцова, продолжая вести бои.
В ходе всех этих боевых действий образовался Ржевский выступ группы армий «Центр», который целый год не давал покоя нашей Ставке ввиду его опасности. Типпельскирх пишет:
«Обеим армиям (9-я полевая и 4-я танковая. — Б.Е.) не оставалось ничего другого, как продолжать обороняться в большом открытом четырёхугольнике, образованном железной дорогой Смоленск—Вязьма—Ржев—Оленино. В то время как натиск с востока и севера за исключением нескольких случаев, когда немцы оказывались в трудном положении северо-западнее Ржева, был выдержан сравнительно легко, требовались нечеловеческие усилия, чтобы отражать постоянные атаки войск Калининского фронта в тылу почти отрезанных немецких армий».
Окружить немцев не удалось. Причину этого назвал Г.К. Жуков спустя 30 лет: в это время была допущена ошибка в оценке оперативной обстановки и возможностей противника в регионе Вязьмы. Наши войска истощили свои силы и средства, непрерывно наступая в тяжёлых зимних условиях. Не хватало боеприпасов, техники, не было достаточного опыта вождения войск у наших военачальников, немцы превосходили нас в тактике наступательного и оборонительного боёв, о чём красноречиво пишет генерал пехоты X. Гроссманн, командовавший в те зимние месяцы 6-й дивизией в составе 9-й армии Вермахта: «Передовые подразделения противника на 5 января находились в 8 километрах западнее и юго-западнее от Ржева... Обманчиво близкий и беззащитный, лежал Ржев перед советскими войсками. Только обозы и тыловые части стояли там... Но ошибки руководства и недостаточная энергия противника в закреплении успехов предоставляли немецким частям шанс».
А жизнь в тылу продолжалась. В январе Калининский хлебозавод выпекал до 10 т хлеба в сутки, имея перспективу в 40 т. 2 января запущен мыловаренный завод, заработали 6 парикмахерских, 3 ремонтнообувных мастерских, 2 швейных мастерских и 2 — по ремонту жестянобытовых предметов.
На вагонзаводе восстановили цеха: кислородную станцию, ширпотреба, инструментальную мастерскую, прессовый цех, паросиловой, транспортный. Заработал КРЕПЗ. 1 января тиражом 50 тысяч экземпляров в Калинине вышла газета «Пролетарская правда», готовилась к работе радиостудия, подготовлен к пуску трамвай. Люди работали, не щадя своего здоровья, зная, как тяжело на фронте...
26 января наши части начали новое наступление под Ржевом. Атаки следовали за атаками, немцы контратаковали, бои переходили в рукопашные схватки. Начиналась огромная по пространству и по времени битва, прозванная потом уцелевшими нашими и немецкими участниками «Ржевской мясорубкой».