Как и в Крыму удалось добиться полной неожиданности, из-за плохой погоды и активных действий истребительной авиации Московской зоны ПВО, авиаразведка Люфтваффе вовремя не обнаружила сосредоточение артиллерии. Зато советская разведка поработала очень хорошо, система огня германских дивизий была вскрыта полностью, так что стрельбы по площадям не было. Четырёхчасовая артподготовка перепахала окопы, укрытия и огневые позиции, впервые массировано были применены "Катюши". Уже к вечеру в четырехкилометровой полосе 20-й армии генерала Власова удалось продвинуться на глубину три километра, но потом пришлось остановиться, тыловые позиции оказались заняты резервами. Бой без особого успеха шёл всю ночь и только на рассвете 2-й Гвардейский Кавкорпус генерала Доватора своей танковой бригадой допрорвал оборону. 34-я армия сразу ввела в сражение целый полк КВ, блокады Ленинграда уже не было и на фронт шли тяжёлые танки, но не смотря на это прорвать оборону на всю глубину удалось лишь к вечеру 21-го января. 11 кавкорпус при вводе в прорыв понёс потери, но как бы ни было, пошёл вперёд. 25 января кавалерия соединились юго-западнее города Калинин. Четыре пехотные дивизии 6-го Армейского Корпуса 9-й полевой армии оказались в котле. Во все расширяющиеся прорывы двинулись с востока 20-я и 1 Ударная армия генерала Кузнецова, а с севера 39-я и 22-я, которыми командовали генералы Масленников и Вострухов. Их задача создать внутреннее кольцо окружения, после этого продолжится наступление на Вязьму.
4-я танковая группа была выведена в резерв ещё в ноябре и сейчас три её моторизованных корпуса, имевших двухмесячную передышку, не смотря на зиму были в хорошей форме. 29 января танковые и моторизованные дивизии атаковали основания клиньев прорвавшихся советских армий. Калининский фронт не имел инструментов, чтобы отбить эти удары и немцы могли срезать клинья. Чтобы как-то выправить положение Генштаб в категорической форме потребовал от Западного фронта перехода в наступление. Угроза Вязьме должна заставить немцев перебросить часть войск на помощь городу — узлу шоссейных и железных дорог, на которых висело все снабжение ГрА "Центр".
К 3 февраля в тылу немецких войск был высажен 4-й Воздушно-десантный корпус и части 5-го ВДК — шесть воздушно-десантных бригад и стрелковый полк майора Солдатова. Десантники блокировали железнодорожную станцию Угра и дорогу Вязьма-Юхнов. В тыл германскому 43-му Армейскому корпусу был нанесён удар и 9 февраля 1-й гвардейский кавкорпус прорвался через Варшавское шоссе.
Появление кавалерийского корпуса в тылу 4-й полевой армии в сочетании с падением Юхнова прозвучало похоронным звоном для штаба ГрА "Центр". Если малоподвижных десантников ещё можно было терпеть, то массы кавалерии с танками создавали серьёзную угрозу коммуникациям. Потеря железнодорожной станции Угра и продвижение противника к Вязьме заставляло принимать срочные меры. 43-му Армейскому Корпусу передали 205 пехотную дивизию — последний резерв 4-й армии. Немцы провели локальное наступление и сумели запечатать прорыв на Варшавском шоссе, но на общей ситуации этот успех отразился мало. 21 февраля конники Белова и десантники Казанцева атаковали Вязьму, одновременно перерезав сообщение по автомагистрали Москва-Минск и железной дороге Смоленск-Вязьма.
К этому моменту ситуация ГрА "Центр" выглядела следующим образом: под Калининым образованы два котла; в одном сидят 2-й Гв Кавкорпус Доватора, 20 и 1 Ударная армии, в другом 11 кавкорпус и 39-я, 22-я армии, при этом, много западнее, основные коммуникации самой группы армий перерезаны. Слоёный пирог. У фон Бока оставалось единственное преимущество — переброс войск по внутренним операционным линиям, конечно до тех пор пока остаётся горючее для танков и автомобилей. Как только кончится ГСМ то всё, коллапс и неизбежная гибель всей группировки. Оптимальным решением было отступление на 60–70 км и образование нового фронта, но Гитлер, опасавшийся судьбы Наполеона, издал приказ, который можно интерпретировать как: — "Ни шагу назад". Пришлось выкручиваться. Под Вязьму ушёл 46-й Моторизованный корпус, ослабив кольцо окружения вокруг 20-й и 1-й Ударной армий. Этим немедленно воспользовался Конев — командующий Калининским фронтом, организовав прорыв блокадного кольца. Доватор вышел из окружения, а 20-я армия Власова начала получать снабжение автомобильным и гужевым транспортом по узкому коридору, что-то перепадало и Кузнецову. Правда кавалеристам и десантникам от этого легче не стало, 30 февраля их атаковали немецкие танки и мотопехота. Бои под Вязьмой шли целую неделю и закончились тем, что немцы отстояли город и освободили пути снабжения. Генерал Жуков, командующий Западным фронтом, попытался переломить ход сражения и бросил в наступление 33-ю армию генерала Ефремова. К сожалению, без тяжелой артиллерии фронт прорвать не удалось, а сам генерал был тяжело ранен и скончался на пути в госпиталь.
"Наступление маршала Шапошникова" провалилось. Началась агония.