Только утром 28 декабря Козельск был очищен от немецких войск. Как и в большинстве проведенных кавалеристами Белова операций, в ходе боев за Козельск был применен обходной маневр. Город был охвачен с северо-запада и юга и под угрозой окружения и полного уничтожения оставлен обороняющимися.

Поскольку ось наступления группы Белова смещалась на северо-запад, 10–я армия Ф.И. Голикова должна была наступать строго на запад, прикрывая фланг 1–го гвардейского кавалерийского корпуса. Конечной целью наступления армии был район Сухиничей. Это был крупный узел коммуникаций, обеспечивавший рокаду между войсками противника, противостоявшего Западному и Юго-Западному фронтам. Для того чтобы открыть себе дорогу на Сухиничи, 10–я армия должна была сначала захватить Белев. Город располагался на стыке Западного и Юго-Западного фронтов, и удержание немецкими войсками этого опорного пункта означало серьезную угрозу флангу 10–й армии. Характер боевых действий в зимний период вынуждал обе стороны вести бои в основном за населенные пункты.

Наступление 10–й армии на Белев началось в узкой и бездорожной полосе между Одоевом и Арсеньевом шириной всего 20 километров. Поэтому к Оке соединения армии Ф.И. Голикова вышли только 26 декабря. В отличие от довольно легко форсировавших реку 50–й армии и кавалерийского корпуса Белова, армии Ф.И. Голикова предстояло провести штурм господствовавшего над окрестностями Белева. С утра 27 декабря 10–я армия начала наступление на Белев. Этот город с множеством каменных старинных зданий, монастырей, церквей представлял собой почти идеальное место для постройки крепости XX столетия. Немцами были построены ДЗОТы, блиндажи, пулеметные гнезда в каменных строениях.

Несмотря на относительную слабость частей немецких соединений, оборонявших Белев (отмечались части 56, 112 и 167–й пехотных дивизий, 4–й танковой дивизии), он был «крепким орешком» для свежесформированных дивизий 10–й армии, которые уже почти месяц не выходили из боев. Непосредственно в боях за Белев участвовали 330–я стрелковая дивизия, а также 322–я и 328–я стрелковые дивизии, возвращенные в 10–ю армию из группы Белова. 325–я и 326–я стрелковые дивизии армии поначалу оставались во втором эшелоне армии. Содействие войскам 10–й армии оказывала 342–я стрелковая дивизия 61–й армии образованного 18 декабря Брянского фронта. Основные силы 61–й армии отстали от передовых частей на 50–70 километров. Бои за Белев продолжались в течение двух суток. Командир 330–й стрелковой дивизии полковник Г.Д. Соколов с целью прорыва прочной обороны строил полки своей дивизии в три эшелона. Ухудшало ситуацию отсутствие в 10–й армии танков. Пригороды Белева по нескольку раз переходили из рук в руки.

Захват Козельска корпусом П.А. Белова заставил Ф.И. Голикова расширить фронт наступления своей армии и направить на смену захвативших город кавалеристов 239–ю и 324–ю стрелковые дивизии. В том же направлении выдвигались 323–я и 325–я стрелковые дивизии. После неудачи первого штурма Белев был захвачен обходным маневром. 328–я стрелковая дивизия двинулась в обход города с севера, а 326–я стрелковая дивизия — с юга. Соответственно 322–я и 330–я дивизии продолжили бои за северные и восточные пригороды Белева, отвлекая внимание противника от обходного маневра двух других дивизий. К 13.00 31 декабря город был взят, а оборонявшие его немецкие части или уничтожены, или отступили на запад и юго-запад. Преследуя противника, 328–я и 330–я стрелковые дивизии продолжили наступление в западном и северо-западном направлении. Оставленная в Белеве в качестве гарнизона 322–я стрелковая дивизия несколько дней занималась очисткой города от оставшихся в нем отдельных мелких групп противника. Трофеями советских войск в Белеве стали 14 полевых орудий, 9 зенитных и 2 противотанковые пушки, более 100 винтовок, 25 станковых пулеметов, 70 автомашин, 50 мотоциклов и другое вооружение и техника, а также оставшиеся в банке 1 млн. 400 тыс. рублей советских денег. В городе также были захвачены более полутора тысяч тонн продовольствия.

После завершения боев за Белев стрелковые дивизии 10–й армии направились к главной цели наступления — городу Сухиничи. Фронт 10–й армии воронкообразно расширился с 20 км в начале операции до 150 км по расходящимся направлениям. Фактически армия Ф.И. Голикова брала на себя фронт 50–й армии и кавалерийского корпуса П.А. Белова, повернувших на северо-запад. Центр 10–й армии (324–я и 239–я стрелковые дивизии) завязал бои за Сухиничи. Остальные соединения двигались на северо-восток, занимая полосу армии И.В. Болдина и корпуса П.А. Белова. В Сухиничах армия Ф.И. Голикова столкнулась с первой ласточкой немецких стратегических резервов — боевой группой 216–й пехотной дивизией генерал-майора Вернера Фрейера фон унд цу Гильзы. Выбить ее из Сухиничей не удалось, и она была блокирована в городе к 5 января.

К началу января основным действующим фактором в действиях 10–й армии было расширение фронта наступления и растягивание флангов. Южный фланг армии Ф.И. Голикова растянулся вследствие отставания соседа слева. Когда 10–я армия уже вела бои за Белев, соседняя 61–й армия Брянского фронта к 28 декабря только выходила на рубеж южнее Белева. Добившись разгрома XXXIV армейского корпуса в Елецкой операции, войска 13–й и 3–й армий Юго-Западного фронта (с 18.12.41 г. — Брянского фронта) продолжили наступление на орловском направлении. На усиление фронта прибыла 61–я армия из свежесформированных соединений. Командующим фронтом был назначен генерал-полковник Я.Т. Черевиченко, членом Военного совета — корпусной комиссар А.Ф. Колобяков, начальником штаба — генерал-майор В.Я. Колпакчи. Во второй половине декабря войска Брянского фронта продвинулись на 30—110 км. Однако к концу декабря они были остановлены организованным сопротивлением и контратаками противника и перешли к обороне. Основной причиной медленного развития наступления являлся крайне слабый боевой и численный состав наших войск. Так, например, на 1 января 1942 г. 3–я армия имела всего 138 орудий и минометов всех калибров, а в ее пяти стрелковых дивизиях насчитывалось 16 028 человек. Еще слабее была 13–я армия, имевшая только 82 орудия и миномета и насчитывавшая в пяти своих дивизиях в общей сложности 11 833 человека. Силы этой армии были сравнимы со штатной численностью одной стрелковой дивизии.

Сражение за Вязьму началось. Развитие событий будет снова вынуждать командование Западного фронта изменять форму операции и направление ударов, но начало ей было положено Калужской и Белевско-Козельской операциями.

10–я армия и 1–й гвардейский кавалерийский корпус с 20 декабря по 5 января, то есть за 17 дней наступления, прошли около 130–140 км. Это дает нам средний темп продвижения 8 км в сутки. В условиях зимы и борьбы за укрепленные противником населенные пункты, в том числе «каменный» Белев, это очень высокий темп продвижения. Левофланговой 10–й армии Западного фронта удалось форсировать Оку и продвинуться в западном направлении, значительно расширив закрытый лишь слабыми силами разрыв между смежными флангами 2–й танковой и 4–й армиями.

Одновременно прозвучал первый тревожный сигнал: на фронт начали прибывать свежие немецкие соединения, с помощью которых командование группы армий «Центр» рассчитывало переломить ситуацию в свою пользу.

Главным результатом предпринятого Красной Армией в декабре 1941 г. контрнаступления является ликвидация непосредственной угрозы столице СССР — Москве. Помимо политического значения, Москва являлась крупнейшим узлом всех видов коммуникаций, потеря которого могла отрицательно сказаться на ведении боевых действий и работе промышленности.