Уже к 18.00 первого дня наступления на выручку 206-й пехотной дивизии стали прибывать части «Великой Германии» и 14-й моторизованной дивизии. Первыми, что стало типичным для «Марса», прибыли мотоциклисты, в данном случае мотоциклетный батальон «Великой Германии». Вводить в бой всю 14-ю моторизованную дивизию командующий XXIII армейским корпусом генерал Гильперт не спешил, поскольку еще не был уверен, что участок 206-й пехотной дивизии является единственным местом наступления советских войск. Полностью дивизия была введена в бой только на следующий день. На поле боя выдвинулся также танковый полк «Великой Германии». Фактически вместо одной растянутой по фронту дивизии наступающим советским войскам противостояли почти три дивизии, поддержанные танками.
Днем 27 ноября подошедшими моторизованными частями было проведено несколько контратак, которые не привели к резкому изменению обстановки. В ночь на 28 ноября немцы были вынуждены отвести фронт на линию Зайцево — Урдом — Брюханово. Теперь основным опорным пунктом немецкой обороны стал город Урдом.
В бой была введена 348-й стрелковая дивизия. Вскоре Урдом пал. Однако появление на участке наступления 39-й армии резервов немцев сделало ситуацию близкой к патовой. Подпертые частями «Великой Германии» и 14-й моторизованной дивизии полки 206-й пехотной дивизии стали оказывать существенное сопротивление продвижению 39-й армии. Наиболее логичным решением в данной ситуации было сменить направление удара. Именно по такому пути пошел координировавший операцию «Марс» Г.К.Жуков, сместив участок прорыва ближе к Ржеву. К назначенному на 7 декабря наступлению должна была присоединиться 30-я армия Западного фронта. Советская сторона в «Марсе» владела инициативой, и поэтому командование могло совершенно безнаказанно перемещать части и соединения между различными участками фронта. Оборонявшиеся под Ржевом немцы могли лишь с досадой наблюдать, за снимающимися с позиций частями. Они сменялись с расширением полос обороны своими соседями и убывали в неизвестном направлении. Так на новый участок прорыва были переброшены 16-я гвардейская, 375-я и 220-я стрелковые дивизии. Рокировка производилась также внутри 39-й армии. На левый фланг армии перемещались 135-я стрелковая дивизия, 130-я и 136-я стрелковые бригады.
Вторая фаза наступления 39-й армии началась немного раньше, чем наступление 20-й армии в районе Сычевки. 7 декабря перегруппировавшиеся советские войска нанесли мощный удар по немецким укреплениям у Трушково на левом фланге старой полосы наступления. Удар пришелся по стыку между 14-й моторизованной и 251-й пехотной дивизиями. Наступление развивалось успешно, побитые в предыдущих боях части 14-й моторизованной дивизии начали отступать, и к полудню наступающие захватили деревню Гончуки в глубине немецкой обороны, в трех километрах к югу от Трушково. В последующие два дня под ударами 39-й армии немцы были вынуждены отвести свои части назад справа и слева от Гончуков во избежание обхода флангов. 10 декабря Зыгин ввел в бой остатки 81-й и 28-й танковых бригад, вооруженные отремонтированными танками. И снова 14-я моторизованная дивизия оказалась «слабым звеном» — оборона у Гончуков была прорвана, и наступающие продвинулись к лесам юго-западнее деревни.
Однако успех был мимолетным: на участок 14-й моторизованной дивизии прибыла «пожарная команда» обороны Ржевского выступа — боевая группа Беккера. Она во время всего советского наступления металась между различными участками, вступая в бой в решающие моменты сражения. Посаженные на автомашины пехотинцы могли за считанные часы переместиться от одного участка к другому, и сама идея сковывающих ударов во многом теряла свой смысл. Первой акцией группы Беккера стал перехват коммуникаций прорвавшихся к югу от Гончуков танков.
Ночью 11 декабря прибыло подкрепление из 30-й армии, переброшенные из района Ржева 16-я гвардейская и 220-я стрелковая дивизии. Однако обороняющиеся также получили резервы. Помимо группы Беккера прибыл мотоциклетный батальон 2-й танковой дивизии. Общее наступление 39-й армии началось в полдень 13 декабря с интенсивной четырехчасовой артподготовки. Основной удар приняла на себя группа Беккера и собранная из надерганных из разных соединений частей боевая группа Рекума 251-й пехотной дивизии. Прорыва обороны достигнуть не удалось, но были деблокированы временно окруженные остатки двух танковых бригад. Атаки и контрудары непрерывно сменяли друг друга. Наступающим советским войскам противостояла мозаика из пехотных, мотопехотных, танковых, мотоциклетных частей и самоходных орудий нескольких немецких дивизий.
Бои продолжались с неослабевающим напряжением до 17 декабря, а затем начали утихать по мере снижения боеспособности атакующих советских войск.
Приказ перейти в оборону войска 39-й армии получили только 23 декабря.
Наступление 22-й армии в долине Лучесы