На следующем этапе операции 3-й ударной армии нужно было решить две взаимосвязанные задачи: отразить контрудар и попытаться ликвидировать окруженного противника. Последняя задача была труднореализуемой в короткий срок, но войскам К.Н.Калицкого нужно было хотя бы обжать кольцо окружения во имя увеличения дистанции между окруженцами и деблокирующей группой. Штурм Великих Лук был сам по себе сложной задачей, как и штурм любого опорного пункта немцев. В первые дни наступления против него был выставлен только слабый заслон из трех полков пехоты.

Командующий фронтом М.А.Пуркаев в приказе от 10 декабря 1942 г. настойчиво рекомендовал использовать штурмовые группы:

«В каждом батальоне иметь подготовленный отряд для штурма ночью. Командный состав этого отряда в течение дня ведет наблюдение за огневой системой противника и в ночных условиях проводит штурм объектов, мешающих для дальнейших действий днем» (ЦАМО, Ф.213, оп.2022, д.88, л.154).

В первые дни окружения гарнизон был достаточно силен и не испытывал проблем со снабжением. Общая численность немцев, оборонявшихся в «крепости Великие Луки», была около 7500 человек. На 7 декабря продуктов у окруженцев было на 20 дней. Запас боеприпасов позволял немцам продержаться 20 дней, если боевые действия будут вестись с небольшой интенсивностью, и 10 дней в случае тяжелых боев. Только в случае сосредоточения против окруженных частей главного удара Красной Армии гарнизон истощил бы свои запасы боеприпасов за 4 дня. У немцев уже был благоприятный опыт борьбы Холма и Демянска зимой 1942 г. Великие Луки занимали промежуточное положение между двумя этими «котлами»: обороняемая немецкими войсками территория и численность ее защитников была больше, чем в Холме, но гораздо меньше, чем в Демянске.

Из подготовленных для «Голубятни» сил часть пришлось использовать для парирования «Марса». В район Белого убыли 12-я танковая дивизия и управление XXX армейского корпуса Фреттер-Пико. После сосредоточения частей 291-й пехотной дивизии 9 декабря началась немецкая операция по деблокированию «котла» в Великих Луках. Наступление велось на фронте 8 км. Обе стороны бросали в бой все силы, которые можно было собрать за счет перегруппировки с фронта и выдвижения из глубины. В последующие дни атаки повторялись со все возрастающей силой. Угроза прорыва обороны 9-й гвардейской дивизии, с боями откатывавшейся назад, заставила командование Калининского фронта бросить в бой свой резерв — 19-ю гвардейскую стрелковую дивизию генерал-майора Д.М.Баринова. Катастрофическое развитие «Марса» заставляло зубами цепляться за сглаживающий общую черную картину «котел» в Великих Луках. 15 декабря 19-я гвардейская дивизия контрударом восстановила положение.

Столкнувшись с усиливающимся сопротивлением советских войск, 14 декабря немецкое командование все же решилось использовать танковый батальон 11-й танковой дивизии. Он насчитывал на 18 ноября 3 танка Pz.II, 2 Pz.III с короткой пушкой, 28 Pz.III с длинной пушкой, 3 Pz.IV с длинной пушкой и один командирский танк. Как мы видим, при своей немногочисленности батальон был вооружен преимущественно новейшей техникой — 11-я танковая дивизия была одним из соединений, предназначенных для участия в «Блау».

Резервы из состава войск групп армий «Центр» и «Север» постепенно прибывали в состав деблокирующей группы. 17 декабря прибыл 197-й батальон штурмовых орудий, и началось сосредоточение 20-й моторизованной дивизии. Сосредоточение последней закончилось 19 декабря. Однако первые дни нового наступления не принесли немцам желаемых результатов.

23 декабря, объясняя причины неудач, командование деблокирующей группы указывало на следующие факторы. Во-первых, с 18 по 22 декабря стояла очень плохая погода, не позволившая использовать авиацию. Видимость упала до 300 метров. Соответственно эффективного подавления системы огня советских войск не получилось. Во-вторых, все участововавшие в сражении дивизии были уже основательно потрепаны боями, и поэтому их боевые возможности существенно отличались от свежих соединений.

Одновременно с перегруппировками немецких войск производились переброски соединений для решающего сражения на Калининском фронте. 22 декабря из 4-й ударной армии в распоряжение 3-й ударной армии К.Н.Галицкого были переданы 360-я стрелковая дивизия полковника В.Г.Позняка и 100-я стрелковая бригада. 24 декабря она нанесла контрудар по прорвавшимся немецким войскам.

28 декабря в роли средства поддержки пехоты был задействован танковый батальон 18-й танковой дивизии (преимущественно Pz.III и Pz.IV старых типов).

30 декабря сбор сил для решительного броска вперед продолжился. Приказ на отправку получил 358-й пехотный полк 205-й пехотной дивизии. 1 января командир LIX армейского корпуса генерал-лейтенант фон дер Шевалери представил командующему группой армий «Центр» план операции по деблокированию Великих Лук, получивший кодовое наименование «Тотила» (Totila, король остготов). По плану операции деблокирующая группа должна была двигаться двумя колоннами. Правую составляла 20-я моторизованная дивизия с полком 205-й пехотной дивизии, 21 танком и 11 штурмовыми орудиями. Левую образовывала 291-я пехотная дивизия с несколькими батальонами 331-й пехотной дивизии, 22 танками и 10 штурмовыми орудиями. Начало операции было назначено на 4 января. За день до плановой даты начала операции, 3 января 1943 г., Клюге выдвинул предложение отложить операцию из-за плохой погоды, не позволяющей использовать авиацию. Шевалери в ответ указал на критическое положение гарнизона Великих Лук.

Наступление началось по первоначальному плану, в 8.30 4 января. Погода улучшилась 6 января, что привело к резкому увеличению активности советских ВВС, обрушивших на наступающих немцев целый ряд ударов с воздуха. К 9 января в Великие Луки пробился небольшой отряд с 9 танками. 10 января ситуация была уже критической: деблокирующую группу отделяли от окраины Великих Лук всего 4—5 километров. Однако еще 2 января участвовавшая перед Новым годом в боях за город 357-я стрелковая дивизия строила оборону на его только что освобожденных окраинах. Помимо обороны перед острием немецкого наступления командование 3-й ударной армии организовало фланговый контрудар силами 113-го полка 32-й стрелковой дивизии и 186-й танковой бригады, подошедшими из резерва. 32-я стрелковая дивизия прибывала в состав 3-й ударной армии из 43-й армии Западного фронта. В боях 10—12 января продвинуться еще ближе к городу деблокирующей группе не удалось. Узкий, простреливаемый пулеметным огнем коридор, пробивавшийся к Великим Лукам, вскоре потерял свое значение вследствие уничтожения гарнизона города.

Вскоре в состав 3-й ударной армии прибыла участвовавшая в «Марсе» 150-я стрелковая дивизия. С ее помощью вытянувшаяся к Великим Лукам «кишка» была ликвидирована и линия фронта на этом направлении стабилизировалась.

С момента замыкания кольца окружения советское командование готовило наступление с целью расчленить и уничтожить по частям группировку немецких войск в районе Великих Лук. Для борьбы в городе формировались специальные штурмовые отряды из пехотинцев, саперов и огнеметчиков. Каждый из отрядов усиливался орудиями сопровождения и танками. Кроме того, каждый батальон должен был подготовить по одному усиленному взводу, предназначенному согласно директиве М.А.Пуркаева исключительно для ночных действий. Наиболее серьезно к делу подошли в 257-й стрелковой дивизии полковника А.А.Дьяконова. По итогам операции А.А.Дьяконов получит генерал-майора, позднее он командовал корпусом. В его дивизии было создано пять штурмовых отрядов численностью до 100 человек. Каждый отряд делился на пять групп: разведки, штурмовую, обеспечения, закрепления и резерва. В каждый отряд входили саперы, пулеметчики, минометчики, химики (для постановки дымовых завес), артиллеристы и ампулометчики (ампулометы для капсул с зажигательным веществом). Тренировки дивизии происходили на модели немецких укреплений Великих Лук, построенных из снега. Многочисленные «Вердены» 1942 г. привели Красную Армию к созданию штурмовых групп, к которым немцы пришли по опыту Вердена без кавычек. Хуже подготовились к боям в городе 357-я и особенно 7-я эстонская стрелковая дивизии. Вместо формирования штурмовых групп предполагалось штурмовать город просто усиленными батальонами.