В 6 часов утра 20 декабря части 20-й армии — 64-я стрелковая бригада и группа генерала Ремизова — во взаимодействии с группой генерала Катукова овладели Волоколамском, выбив оттуда остатки 106-й пехотной и 5-й танковой дивизий и захватив богатые трофеи. А. А. Лобачев так описывал освобождение города: «Для обхода Истринского водохранилища с севера и с юга был предпринят маневр подвижными группами. Группа генерала Ремезова обошла 17 декабря истринскую позицию и совместно с частями 20-й армии создала угрозу врагу с севера. Группа генерал-майора Катукова, миновав стороной истринскую позицию, переправилась через реку на участке 5-й армии и повисла над противником с юга. Танкисты блестяще выполнили задание и уже вечером 17 декабря двинулись в обход Волоколамска. Как и на Истринском водохранилище, командарм запретил танковым соединениям ввязываться во фронтальные бои с противником и вести атаку опорных пунктов в лоб. 19 декабря под утро, когда еще не рассвело, в городе начались бои. Впереди двигались танки, за ними — автоматчики. С чердаков, из подвалов стреляли гитлеровцы. Но огонь постепенно затихал: противник под покровом темноты оставлял город».
К исходу 21 декабря и в первой половине 22 декабря 1, 20 и 16-я армии достигли рубежа рек Лама и Руза. 16-я армия наступала на всем фронте, но из-за упорного сопротивления противника больших успехов не имела. Температура 25–35 градусов ниже нуля и глубокий снег затрудняли наступление. Противник оборудовал узлы сопротивления в населенных пунктах, создавал минные и иные заграждения. В результате с ходу прорвать немецкую оборону не удалось. Боевые действия приняли затяжной характер. Безрезультатные атаки на немецкие позиции продолжались в конце декабря и в первой декаде января.
К концу декабря советскими войсками под Москвой было захвачено 314 танков, 517 орудий, 35 бронемашин, 67 минометов, 451 пулемет, 400 автоматов, 3960 автомашин, 841 мотоцикл, 1044 велосипеда, 15 радиостанций, 1529 винтовок, 1 миллион патронов, 35 тысяч снарядов. Небольшое число трофейного стрелкового оружия показывает, что потери в живой силе у немцев были не так велики, как говорилось в советских сводках.
В конце декабря в директиве № 016/оп Жуков отмечал: «В ряде случаев продолжают иметь место лобовые атаки на укрепленные противником населенные пункты, что приводит только к излишним потерям и замедлению темпов наступления. Приказываю строго потребовать от начальников всех степеней брать укрепленные узлы противника, обходя их и не задерживая движения вперед передовых эшелонов боевого порядка».
Жуков решил сосредоточить основные силы и средства на фронте одной армии, чтобы добиться успеха. Выбор пал на 20-ю армию, которая прорвала немецкую оборону на Ламе и во второй декаде января преследовала врага в Гжатском направлении. Следом за ней наступали и другие армии правого крыла Западного фронта. В начале января 1942 года против 1-й ударной, 20-й и 16-й армий действовали немецкие войска, имевшие, по оценке советского Генштаба, в боевом составе 34 100 человек, 230 орудий дивизионной артиллерии и 135 танков.
По решению Рокоссовского армия наносила удар правым флангом и к исходу 24 декабря должна была овладеть рубежом Внуково, Бабошино, Милятино. Конно-механизированная группа наносила удар во фланг и тыл противника на Прозорово, Лисавино, Старую Тягу и дальше на Гжатск. Но наступление успеха не имело.
К концу декабря боевой состав частей армии был крайне малочисленным. По донесению генерала Рокоссовского военному совету фронта, «в результате длительных напряженных боев 40-я и 49-я стрелковые бригады понесли большие потери и имели в стрелковых батальонах по несколько десятков бойцов». Войскам приходилось последовательно прогрызать оборону противника, захватывая отдельные блиндажи и огневые точки противника. Боевые действия велись штурмовыми группами против выявленных огневых точек, которые также старалась подавить артиллерия. Армия Рокоссовского несла тяжелые потери. В некоторых ее дивизиях оставшиеся полки были сведены в один сводный батальон (354-я стрелковая дивизия). Большие потери понесла и 18-я стрелковая дивизия, действовавшая с 18-й стрелковой бригадой, которая только в атаках за 3 января 1942 года потеряла 172 человека убитыми, 493 ранеными и 7 обмороженными. На 5 января в 354-й стрелковой дивизии и 146-й танковой, 40-й и 49-й стрелковых бригадах оставалось в наличии 377 штыков и 13 танков (из них только три «тридцатьчетверки»).
6 января Жуков приказал: «1. Ввиду того, что 16 армия задачи по прорыву обороны противника не выполнила, задача прорыва возлагается на 20 армию». В этой связи большинство частей 16-й армии были переданы под командование генерала Власова. Перед оставшимися ставились оборонительные задачи до тех пор, пока не появится возможность использовать прорыв, достигнутый на участке 20-й армии.
В середине января 1, 20 и 16-я армии должны были во взаимодействии с армиями Калининского фронта окружить и пленить лотошинскую и гжатско-вяземскую группировки противника.
20-я армия, получившая дополнительные соединения и средства усиления из других армий, смогла осуществить прорыв на Волоколамско-Гжатском направлении. 17 января были заняты Шаховская и Руза. Развертывалось дальнейшее наступление на Гжатск.
Отходящие немецкие войска 17 и 18 января сильными арьергардами пытались задержать продвижение 16-й армии на рубеже Чернево, Лапино, Леонидово, но безуспешно. Войска Рокоссовского овладели этими населенными пунктами и уже 20 января вели бой за Рептино. 354-я стрелковая дивизия заняла Терехово, Княжево, Игнатково, а 9-я гвардейская стрелковая дивизия заняла Сославино, Исаково, Потапово и продолжала наступление в направлении Мышкина.
В тот же день, 20 января 1942 года, поступила директива военного совета фронта, согласно которой управление 16-й армии с армейскими частями перебрасывалось на новое направление (Сухиничи); оставшиеся же войска армии, как и ее участок фронта, передавались в 5-ю армию.
Таким образом, 16-я армия закончила трехнедельные бои на Гжатском направлении в своем прежнем составе. Она продвинулась центром на 15 километров, а флангами — на 22–25 километров, имея средний темп наступления 3–5 километров в сутки. Фактически наступление уже выдохлось. Достигнутый небольшой территориальный выигрыш не оправдывал понесенных армиями Западного фронта огромных потерь в живой силе. Войска постоянно гнали в наступление. Не было времени как следует наладить взаимодействие родов войск, обучить пополнение. Рокоссовский неоднократно указывал Жукову на необходимость прекратить наступление, сделать более длительную оперативную паузу, чтобы подготовить более эффективный удар по врагу. В неопубликованном при жизни фрагменте мемуаров Рокоссовский писал:
«Оборонительное сражение подходило к концу, к этому времени противник на московском направлении израсходовал все свои резервы, но прорвать нашу оборону не смог. Наступил и для него момент перехода к обороне. Нужно было сорвать этот план, не позволить закрепиться на захваченных рубежах, и Ставка Верховного Главнокомандования своевременно приняла соответствующее решение.
В контрнаступление войска армии перешли без всякой паузы. Чем дальше они отдалялись от Москвы, тем сильнее сопротивлялся противник. Еще до подхода к волоколамскому рубежу командование фронта стало прибегать к созданию группировок то на одном, то на другом участке, для чего какая-то часть сил из одной армии передавалась в другую. Подобная импровизация обеспечивала некоторый успех местного значения. С выходом же наших войск на волоколамский рубеж стало совершенно ясно, что противнику удалось оправиться от полученного удара и что его оборона становится организованней. Продолжать наступление имевшимися к тому времени у нас силами расчетом на решительный прорыв обороны противника и дальнейшее развитие успеха уже было нельзя. Наступил момент, когда и нашему верховному командованию надлежало подумать об извлечении пользы из одержанных результатов и начать серьезную подготовку к летней кампании 1942 года.
К великому сожалению, этого не произошло, и войска, выполняя приказ, продолжали наступать. Причем командованию фронта была поставлена задача: изматывать противника, не давая ему никакой передышки. Вот это было для меня непонятным. Одно дело изматывать врага оборонительными действиями, добиваясь выравнивания сил, что и делали мы до перехода в контрнаступление. Но чтобы изматывать и ослаблять его наступательными действиями при явном соотношении сил не в нашу пользу, да еще в суровых зимних условиях, я этого никак понять не мог.
Неоднократные наши доклады командованию фронта о тяжелом состоянии армии в результате понесенных потерь, о несоответствии ее сил и задач, которые ставил фронт перед нами, не принимались во внимание. Приходилось с натугой наступать, выталкивая противника то на одном, то на другом участке. О прорыве вражеской обороны не могло быть и речи. Наши возможности истощились до крайности, а противник продолжал пополнять свои войска свежими силами, перебрасывая их с запада.
Продолжавшееся наступление 16-й армии с Волоколамского рубежа оказалось особенно тяжелым. Противник прилагал все усилия к тому, чтобы задержать наше продвижение. Для этого у него оказались соединения и части, сохранившие высокую боеспособность. Силами войск одной армии уже нельзя было рассчитывать на успех наступления, поэтому чаще всего для продолжения наступления на волоколамском направлении командование фронта привлекало несколько армий. При этом одна из них, наносившая главный удар, усиливалась за счет соседних».
