2月初，德軍第9集團軍從勒熱夫、奧列尼諾，對加裏寧方麵軍第29集團軍發動強大的逆襲。德軍將加裏寧方麵軍第39集團軍和騎兵第11軍的聯係切斷，並包圍了加裏寧方麵軍第29集團軍。
三四月間，加裏寧方麵軍繼續進攻，但沒有完成戰役任務。4月20日，蘇軍最高統帥部命令被圍蘇軍轉入防禦，在戰線外的部隊與主力會合。
瑟喬夫卡-維亞濟馬戰役結束了，加裏寧方麵軍沒有完成任務的主要原因是兵力不足，尤其是缺少發展勝利成果的裝甲部隊和摩托化步兵。
在此期間，在西北方麵軍和布良斯克方麵軍的支援下，加裏寧方麵軍和西方麵軍還發動了勒熱夫-維亞濟馬戰役（1942年1月8日至4月20日）。
勒熱夫-維亞濟馬的戰役計劃是：加裏寧方麵軍進攻瑟喬夫卡、維亞濟馬，西方麵軍左翼從卡盧加向尤赫諾夫、維亞濟馬分別實施圍攻，同時其餘兵力進攻瑟喬夫卡和格紮茨克，合圍、分割德國中央集團軍群主力。
為支援勒熱夫-維亞濟馬戰役，西北方麵軍的任務是其左翼各部隊從奧斯塔什科夫進攻托羅佩茨、韋利日、魯德尼亞。布良斯克方麵軍在布良斯克、奧廖爾積極進攻，牽製那裏的德軍。兩方麵軍從南麵掩護西方麵軍的進攻。為了成功合圍德國中央集團軍群，蘇軍空降第4軍在維亞濟馬西南進行了空降，空降部隊負責切斷維亞濟馬與斯摩棱斯克的交通。
勒熱夫-維亞濟馬戰役是從1月8日加裏寧方麵軍第39集團軍攻打勒熱夫的德軍開始的。為了支援各方麵軍的地麵進攻，朱可夫投入了所掌握的全部航空兵。
1月9日，西北方麵軍左翼各集團軍發動進攻。西方麵軍的第20集團軍和第1集團軍、近衛騎兵第2軍的一部分割了被圍的德軍。1月10日，西方麵軍的第20集團軍進攻沙霍夫斯卡亞，突破了德軍的拉馬河防線。1月13日，西方麵軍的近衛騎兵第2軍利用第20集團軍打開的通道快速推進。
西方麵軍的第16、第5集團軍也利用第20集團軍打開的通道快速推進。1月16日，收複洛托希諾。1月17日，收複沙霍夫斯卡亞。
西方麵軍的第20和第16集團軍在突破德軍沃洛科拉姆斯克防線後，切斷了莫斯科-勒熱夫鐵路。
1月20日，西方麵軍中線部隊第5、第33集團軍收複了莫紮伊斯克；第43集團軍進攻尤赫諾夫方向。西方麵軍左翼的第49、第50集團軍和近衛第1軍、第10集團軍從北麵和南麵包抄了尤赫諾夫地域的德軍第9集團軍約9個師的兵力。
西方麵軍的第33集團軍和近衛騎兵第1軍分別在尤赫諾夫以北及以南突入德軍後方，向維亞濟馬展開攻擊。
西方麵軍第10集團軍向基洛夫、柳季諾沃快速推進。
蘇軍從北麵和東南麵深遠包圍了德國中央集團軍群主力部隊，但無法在行進間攻下德軍在尤赫諾夫和維亞濟馬兩地之間的陣地。
為了配合正麵部隊圍殲維亞濟馬的德軍，蘇軍從1月中旬至2月中旬先後在維亞濟馬東南地區空降部隊，進行空降作戰，史稱維亞濟馬空降戰役。
1月18日-22日，蘇軍空降第201旅和步兵第250團在維亞濟馬東南熱拉尼耶地域成功空降，就地組成防禦陣地。
1月27-2月1日，空降第8旅在奧澤列奇尼亞成功空降。
到1月30日，加裏寧方麵軍占領了維捷布斯克、斯摩棱斯克、亞爾采沃等地，從西北深遠包圍了德國中央集團軍群。加裏寧方麵軍還到達維亞濟馬附近，在奧列尼諾合圍了那裏的德軍。
2月1日，西方麵軍的第33集團軍向維亞濟馬發動大規模進攻。西方麵軍的近衛騎兵第1軍與空降部隊會師後，於2月2日從西南進攻維亞濟馬。
德軍統帥部為了救援中央集團軍群，從西歐緊急調來12個師、2個旅。德軍向西方麵軍的第33集團軍和近衛騎兵第1軍發動了多次逆襲。2月2-3日，德軍切斷了西方麵軍的第33集團軍和近衛騎兵第1軍在尤赫諾夫以北、以南的交通線。
西方麵軍的第43、第49、第50集團軍去救援第33集團軍，被德軍所阻。