Стягивавшиеся со всего периметра Ржевского выступа соединения собирались в 6—7 километрах севернее Ржева в узле сопротивления, построенном на деревнях Полунине Галахово и Тимофеево. Здесь была классическая полевая оборона, совершенствовавшаяся несколько месяцев: сплошные минные поля, густая сеть ДЗОТов, колючая проволока в 3—4 ряда. Дивизии ударной группировки 30-й армии наступали на деревню Полунино и ставшую печально известной «высоту 200». Из соседних деревень Федорково и Горбово немцы вели по наступающим на Полунино советским частям фланкирующий огонь.
Один из участников летнего сражения под Ржевом с немецкой стороны, командир батальона Хоке из 6-й пехотной дивизии, позднее так описал эти бои:
«Это больше не было войной автоматов и пулеметов, ручных гранат и пистолетов, как зимой. Это был «Materialschlacht», битва техники Первой мировой войны, битва, в которой атакующий пытался уничтожить противника сталью, ливнем стали, летящей в воздухе и несущейся на гусеницах, когда человек вмешивался только в последний момент, чтобы уничтожить на этом лунном пейзаже то, что еще выжило в мясорубке».
Не добившись продвижения в направлении Полунино, приостановив наступление, командование 30-й армии 7—9 августа произвело перегруппировку войск с целью изменения направления главного удара. Было принято решение наступать левым флангом армии в обход Ржева. 10 августа 30-я армия Калининского фронта начала второй этап наступления на Ржев. Главный удар левым флангом армии в направлении Грибеево — аэродром — Опоки — Ржев. В левофланговую группу вошли 6 стрелковых дивизий, 3 стрелковые и несколько танковых бригад. В тот же день, 10 августа, вернувшись из отпуска по лечению (он был ранен во время полета на связном самолете в мае 1942 г.), в 9-ю армию вернулся ее командующий генерал-полковник Вальтер Модель и застал ситуацию, «которой едва ли можно было овладеть».
В 7.00 утра 10 августа после часовой артподготовки войска 30-й армии на всем фронте перешли в наступление. С 15 до 18 августа шли ожесточенные бои в районе деревни Демкино. Этот район являлся ключом для выхода наступающих советских войск к Волге.
20 августа 256-й пехотной дивизии пришлось под нажимом 30-й армии отступить и отойти на южный берег Волги. 21 августа это заставило оборонявшуюся справа от нее 14-ю моторизованную дивизию также покинуть северный берег. Со всей ее тяжелой техникой и оружием ей удалось переправиться у Матюкова на другой берег по построенному между Ржевом и Зубцовом мосту. Овладев деревнями Архарово, Пудово, Мосягино, Першино, Варюшино и другими, северной частью пригородного аэродрома, левофланговые дивизии 30-й армии к вечеру 21 августа вышли к Волге на фронте Варюшино — Голышкино. Первым к Волге вышел в район Горшково — Горчаково 965-й стрелковый полк 274-й дивизии.
21 августа наступление 30-й армии было приостановлено для перегруппировки сил. В ходе второго этапа наступления на Ржев наши войска вышли к Городскому лесу, к восточной окраине города, на левый берег Волги от Ржева до Зубцова.
Калининский фронт постепенно очищал от противника северный берег Волги и подходил вплотную к Ржеву. 25 и 26 августа 16-я гвардейская и 359-я стрелковая дивизии при поддержке танков овладели деревнями Ковынево, Лазарево, Строево, Поволжье и вышли к Волге в 5—6 километрах западнее Ржева. Части 87-й пехотной дивизии, вслед за другими соединениями 9-й армии, перешли на южный берег Волги.
26 августа 1942 года командовавший Калининским фронтом И.С.Конев был назначен командующим Западным фронтом, сменив Г.К.Жукова, вступившего в должность заместителя Верховного Главнокомандующего и убывшего под Сталинград. Командующим Калининским фронтом был назначен генерал-лейтенант М.А.Пуркаев. Однако И.С.Конев не оставил сражения за Ржев. Поскольку наступление Западного фронта на сычевском направлении в целом завершилось, появилась возможность передать ему войска, сражающиеся за Ржев. 30-я армия перешла с 30 августа по приказу Ставки ВГК в состав войск Западного фронта. И.С.Конев продолжил начавшуюся месяц назад битву, стремясь довести ее до логического завершения. 30-я армия продолжала наступательные бои и к началу сентября вплотную подошла к Ржеву.
30 августа Гальдер записал в дневнике:
«435-й день войны. Группа армий «Центр». У 9-й армии новое обострение обстановки в районе Зубцова и севернее Ржева. Разрешено использовать дивизию «Великая Германия».
Моторизованная дивизия «Великая Германия» была элитным соединением, которое приняло участие в первых сражениях летнего наступления на южном секторе фронта. Дивизия дошла до Маныча и была выведена в резерв. Развитие событий под Ржевом вынудило немецкое командование бросить подвижное соединение в позиционные бои под Ржевом.
Командующий 30-й армией Д.Д.Лелюшенко решил форсировать Волгу в 5—6 километрах западнее Ржева на участке дома отдыха имени Семашко и деревни Поволжье, чтобы с захваченного плацдарма вести наступление на Ржев с запада.