В начале августа 78-я дивизия была переброшена из района Юхнова (80 км юго-восточнее Вязьмы) на ржевское направление. Ее усиленный 195-й полк присоединился, как уже упоминалось, к 102-й дивизии, а усиленный 215-й полк – к левому крылу 342-й дивизии. II батальон 215-го полка был выведен из его состава и наряду с 1-й танковой дивизией введен в бой у Гжати. Рано утром 11 августа примерно треть состава 78-й дивизии достигла у Самойлово участка расположения 342-й дивизии. Она понесла тяжелые потери и была вынуждена отступать. Три немецких батальона русские окружили западнее реки Яуза в Шеломках и Крутом. Севернее сражался 215-й полк (без 2-го батальона) против танков противника у деревни Большие Носовые. Здесь попал в окружение 1-й батальон 215-го полка. 78-я дивизия сразу же отправила туда 178-й саперный батальон. В этот же день (11 августа) в 16.00 поддержанные дивизионом 178-го артполка оба батальона 14-го полка выступили для прорыва котла, в который попали батальоны 342-й дивизии. Лесные дороги оказались непроезжими, так что три километра эти войска прошли только за два часа. Около 19.00 батальоны 14-го полка встретились с противником, атаковали его и отбросили назад. Через полтора часа батальоны были освобождены. Выделенный правой соседней армией (3-я танковая) усиленный 479-й полк (боевая группа Вольковитца) был введен в бой в промежуток между 342-й и 36-й моторизованной дивизиями. Здесь противник особенно упорно стремился к Карманово. Русские бросили сюда большие силы (19-я стрелковая и 1-я гвардейская стрелковая дивизии, 154-я и 161-я танковые бригады), угрожая с флангов. У немецких соединений в этой ситуации положение осложнилось. Мощная артподготовка – до 9000 снарядов в день – уничтожала немецкие укрепления. Одновременно действовала и русская авиация. 12 августа южнее Шеломки удалось подбить 55 вражеских танков. Только один штабс-фельдфебель Барт со своим противотанковым расчетом уничтожил 30 из них.
В последующие дни противник перерезал линию снабжения Самойлово – Карманово. В бою с ним особенно отличился 479-й полк: он вновь занял две деревни. В районе действия 36-й моторизованной дивизии, находившейся на обращенной к северо-востоку дуге, к 15 августа ожидался главный удар русских. 8-й пехотный корпус пытался захватить с северо-востока Карманово. Здесь он обрушился на 2-ю танковую дивизию. Беспрерывно с севера и северо-запада русские штурмовали Карманово. Атаки, прорывы и контрудары сменяли друг друга, и немецкие войска постепенно оттеснялись к Карманово. 21 августа авиаразведка доложила, что противник перебрасывает с севера мощные силы (около 700 повозок и 40 танков), 46-й танковый корпус принял тяжелое решение: отвести с согласия командования армии войска и сдать Карманово.
22 и 23 августа в тяжелых боях, в ходе которых были подбиты 20 вражеских танков, происходил отвод войск. Противник преследовал их, однако ранним утром 24 августа танковый корпус уже занял новые позиции. Таким образом, отступление на этом участке было завершено. Но бои продолжались. Последующие атаки русских были отражены при поддержке артиллерии и авиации. 4 сентября потерпела неудачу последняя атака противника с участием большого числа пехоты и танков. Перед 46-м танковым корпусом осталось 460 подбитых вражеских танков. Из них 131 уничтожила 78-я дивизия, остальные 77—10-й зенитный полк.
13 августа началось русское наступление южнее дислокации 3-й танковой армии. Однако противник, несмотря на свое превосходство в людях и технике, не смог прорваться к Вязьме. Его остановили храбрые защитники города, несмотря на широко растянутые позиции.