Составной частью битвы стала наступательная операция с кодовым названием «Уран», продолжавшаяся с 19 ноября 1942 года по 2 февраля 1943 года. Она была разработана Ставкой в сентябре — октябре 1942 года как часть общей стратегии, призванной изменить ход войны. Здесь-то и появляется заблуждение, избавиться от которого возможно благодаря ставшим доступными в последнее время немецким и советским документам. Оказывается, что при разработке стратегии кроме упоминавшегося «Урана» Ставкой был разработан еще ряд операций, которые впоследствии были обречены на неизвестность из-за их неудачной реализации. И если удавшаяся операция «Уран» была превознесена советскими историками и о ней узнали все, то разработанные в то же время операции «Марс» и «Юпитер» остаются и по сей день малоизвестными.
Вдохновителем и главным разработчиком операций «Уран», «Марс» и «Юпитер» считается маршал Жуков. По его расчетам, собранные летом 1942 года стратегические резервы Красной Армии позволяли успешно провести одновременно два взаимосвязанных между собой контрнаступления: одно — под Сталинградом против группы немецких армий «Юг», другое — на севере против группы армий «Центр», расположенных в непосредственной близости от Москвы. Причем основную роль Жуков отводил именно северному направлению, считая, что здесь начнется коренной перелом в ходе войны. Группировка советских войск на этом направлении, включающая силы двух фронтов, Калининского и Западного, поддерживаемых войсками Московской зоны обороны, находилась в более благоприятном положении, чем на всем советско-германском фронте. Ее силы насчитывали 1,9 млн человек, 24 тыс. орудий и минометов, 3,3 тыс. танков и 1,1 тыс. самолетов. В то же время под Сталинградом силы Красной Армии состояли из более чем 1 млн человек с 15 тыс. орудий и минометов, 1,4 тыс. танков и более 900 самолетов. Жуков утверждал, что было бы разумнее ударить по группе «Центр» и тем самым обезопасить Москву от немецкой угрозы. Его поддержал и Сталин, негодовавший из-за постоянных неудачных попыток разгрома немецкой группы армий «Центр».
К концу дня 26 сентября 1942 года Верховный Главнокомандующий утвердил главные операции контрнаступления: одну — под Сталинградом, другую — под Ржевом. Главкомом контрнаступательной операции под Ржевом был назначен Г. Жуков, под Сталинградом — М. Василевский. Целью Ржевской операции (кодовое название «Марс») было окружить 9-ю армию вермахта, а через две-три недели, в ходе уже следующей операции «Юпитер», ударить по противнику в районе Вязьмы и окружить немецкие войска в районе Смоленска. Директивы о начале операции «Марс» были направлены командующим фронтами 28 и 29 сентября с приказами начать наступление 12 октября, но впоследствии наступление было отложено из-за плохих погодных условий.
10 октября Ставка передала новые директивы, в соответствии с которыми основные цели операции не изменялись. Войска правого крыла Западного фронта и левого крыла Калининского фронта должны были окружить Ржевскую группировку противника и освободить участок железной дороги, ведущей из Москвы в Великие Луки. Часть армий Западного фронта должна была ударить по немецким оборонительным линиям на реках Осуга и Вазуза. После преодоления обороны противника советским войскам предстояло продолжить наступление на Вязьму. Соединениям Калининского фронта в ходе наступления необходимо было встретится с войсками Западного фронта возле Сычевки, прорвать германскую оборону на реке Лучеса, помочь захватить Белый и окружить войска противника в районе Оленино. При успехе наступления другие советские армии, находившиеся в районе Ржева, должны были помочь войскам Западного и Калининского фронтов окружить и уничтожить 9-ю немецкую армию и перегруппироваться для проведения операции «Юпитер». Для обеспечения успеха контрнаступления Ставка укрепила войска Западного и Калининского фронтов значительным количеством танков и артиллерии.
Операция «Марс» началась 25 ноября 1942 года на восточной, западной и северной сторонах Ржевского выступа. И хотя поначалу для немцев, ждавших наступления, но не такого мощного, она стала ошеломляющей неожиданностью, но каких-либо значительных результатов операция не принесла. На протяжении трех дней советские войска, неся огромные потери, безуспешно атаковали укрепленные позиции противника, но им так и не удалось прорвать оборону. Дивизии, наступавшие в районе рек Осуга и Вазуза, также постигла неудача. Незначительный успех сопутствовал 247-й дивизии Мухина, которой удалось форсировать Вазузу и захватить небольшой плацдарм на западном берегу реки. Важной задачей стало расширение этого плацдарма.
Немцы же начали предпринимать шаги по раздроблению советских войск, оказывая им упорное сопротивление и создавая небольшие укрепления в лесных деревнях, причем многие из этих укреплений оказывались в тылу наших войск. Вермахту удалось осуществить запланированное и дезорганизовать ряды наступавших.