Для первого года войны в 20–й армии были достигнуты довольно большие плотности артиллерии. Действуя в полосе шириной до 20 км, она прорывала оборону противника на участке 8 км. Противником 20–й армии на этом участке были два мотопехотных полка 6–й танковой дивизии Эрхарда Рауса. Из 668 орудий, минометов и боевых машин реактивной артиллерии, собранных в армии, на участке прорыва имелось 492 (кроме того, 85 орудий и минометов в составе подвижной группы и резерва армии). Это обеспечивало плотность свыше 60 орудий, минометов и боевых машин реактивной артиллерии на 1 км фронта. Таким образом, на участке прорыва армии, составлявшем 40 % всей ширины полосы наступления, было сосредоточено 86 % всей артиллерии армии. Справедливости ради отметим, что в артиллерийской подготовке участвовало лишь до 74 % орудий артиллерии армии. Тактические плотности артиллерии в соединениях были еще выше. Например, в 352–й стрелковой дивизии подполковника И.М. Прокофьева на двухкилометровом участке прорыва было сосредоточено свыше 150 орудий, минометов и установок PC всех калибров, что обеспечивало плотность до 70 орудий на 1 км фронта. Для сравнения:

5 декабря 1941 г. войска 16–й армии переходили в наступление при оперативной плотности артиллерии 21 орудий и минометов на 1 км фронта. Так был сделан первый шаг к массированию артиллерии, ставшему впоследствии визитной карточкой Красной Армии во Второй мировой войне.

Накопление необходимых для артподготовки боеприпасов и получение пополнения стрелковыми частями заставило отложить начало операции на 10 января. Наступление началось в 8.00 ложной артиллерийской подготовкой в стороне от участка прорыва, а в 9.00 началась настоящая артиллерийская подготовка, длившаяся до 10.30. В связи с нелетной погодой наступление 20–й армии 10 января авиацией не поддерживалось, но по той же причине не проявляла активности авиация противника. Глубокий снег, метель не благоприятствовали быстрому продвижению вперед, и к концу первого дня операции войска армии продвинулись на 2–3 км к западу. 11 января прошло во взаимных атаках и контратаках и принципиальных изменений обстановки не принесло. Только на третий день боев 20–я армия полностью преодолела первую полосу обороны противника. Отступление соединений V армейского корпуса стоило должности его командиру — 12 января он был сменен на генерала пехоты Ветцеля.

С утра 13 января в прорыв была введена подвижная группа, начавшая наступление на Шаховскую. В том же направлении продолжили наступление соединения 20–й армии. До 15 января армия продвинулась вперед на 16 км. Сравнительно низкий темп продвижения объясняется глубоким снегом и густотой населенных пунктов на этом направлении, не позволявшей обходить узлы сопротивления противника. Однако в целом успешное продвижение 20–й армии заставило немцев начать отход, позволивший продвинуться вперед как армии А.А. Власова, так и соседней 16–й армии К.К. Рокоссовского. Последняя перешла в наступление 16 января. Одновременно продвижения вперед добились войска 5–й армии Л.А. Говорова. 14 января 82–я мотострелковая дивизия армии под командованием генерал-майора Н.И. Орлова заняла крупный железнодорожный узел Дорохово 17 января войска 5–й армии освободили Рузу и охватили Можайск 50–й стрелковой и 82–й мотострелковой дивизиями с севера, а 108–й стрелковой дивизией — с юга. 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.

Однако 15 января последовала директива Гитлера об отходе на «кенигсбергскую линию». К 16 и 17 января правое крыло и центр Западного фронта перешли к преследованию отступающего противника. 18 января 20–я армия выделила 49, 64 и 28–ю стрелковые бригады для смены частей 1–й ударной армии.

Последняя выводилась в Клин на доукомплектование и пополнение, а в дальнейшем была переброшена на Северо-Западный фронт. 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 Сухиничей.

Выход 1–й ударной и 16–й армий из состава правого крыла Западного фронта существенным образом повлиял на дальнейший ход наступления 20–й армии. Фронт армии расширился до 40 км. При этом армия должна была развивать успех на гжатском направлении и в то же время поддерживать тесное взаимодействие с Калининским фронтом, левофланговые войска которого уже к 20 января находились на одной с ней линии. В тот же день 20 января состоялся штурм Можайска 82–й мотострелковой дивизией и 60–й стрелковой бригадой майора П.Ф. Ахрианова 5–й армии. К вечеру город был взят и продемонстрирован иностранным журналистам. После взятия Можайска 82–я дивизия освободила район Бородинского поля, на котором начинался боевой путь 5–й армии в октябре 1941 г.

К 25 января армии правого крыла Западного фронта с боями продвинулись в западном направлении на 50–70 км. и вышли к гжатскому оборонительному рубежу противника, где были остановлены. Уже 24 января немцы стали переходить в результативные контратаки. Наступление выдохлось и перешло в фазу позиционных боев. Попытки наших войск преодолеть оборону результатов не дали, и фронт здесь стабилизировался на длительное время.

В декабре наступление левого крыла Западного фронта — 43, 49, 50 и 10–й армий и 1–го гвардейского кавалерийского корпуса развивалось достаточно успешно. Советским войскам удалось добиться разрыва локтевой связи между левым флангом 2–й танковой армии и правым флангом 4–й армии.

На острие главного удара левого крыла Западного фронта двигались войска 50–й армии И.В. Болдина, 1–го гвардейского кавалерийского корпуса П.А. Белова и 10–й армии Ф.И. Голикова. В первые дни января кавалеристы Белова вышли на подступы к Юхнову и завязала бои за город, который станет одним из ключевых пунктов зимней кампании 1942 г. Уже 2 января они захватили юхновский аэродром и завязали бои в нескольких километрах от Варшавского шоссе. В этот момент Г.К. Жуков принял решение, которое на десятилетия стало предметом спора историков. 4 января он приказывает 1–му гвардейскому кавалерийскому корпусу отвернуть от Юхнова и выйти в тыл мосальской группировке противника. Часто высказывается мнение, что этот поворот сыграл роковую роль во всей Ржевско-Вяземской операции Западного и Калининского фронтов. Утверждается, что кавалеристы могли овладеть Юхновом, который вскоре был превращен в мощный опорный пункт и оставался в руках немцев до марта 1942 г. Но нельзя сказать, что эти утверждения имеют под собой твердую почву. В оперативной сводке Генерального штаба Красной Армии на 8.00 2 января сказано: «Опергруппа Белова вела бои за овладение г. Юхнов». Далее перечисляются направления наступления соединений группы. На следующий день, 3 января 1942 г., положение кавалерийского корпуса Белова характеризуется следующим образом: «Опергруппа Белова вела упорные бои с крупными силами противника». Более того, не все соединения корпуса вели наступление: «2 гв. кд, отражая атаки противника, вела бои на рубеже Любимово — Жилетово». Крупный узел дорог к юго-востоку от Юхнова — Зубова — оборонялся частями 19–й танковой дивизии противника. При этом к Юхнову группа Белова вышла уже к исходу дня 30 декабря и последующие дни, вплоть до приказа о повороте на Мосальск, вела безуспешные бои на подступах к Юхнову. Захватить Юхнов с ходу Белову по объективным причинам не удалось.