Желая закрепить и развить успех, Ставка 5 августа, в день, когда прорыв стал очевидным, передала в подчинение Жукову все войска, действовавшие в районе Ржева, и Калининский фронт в том числе. 6 августа он подкрепил наступление в направлении на Сычевск фронтовой подвижной группой в составе 6-го и 8-го танковых и 2-го кавалерийского корпусов. И, как оказалось, вовремя, поскольку немцы бросили на подмогу своей 9-й армии три танковые дивизии (о них писал Гальдер) и две пехотные, после чего был нанесен контрудар в направлении на Погорелое Городище. Но по резервам вермахта ударила советская авиация, а 7 августа около рек Вазуза и Гжать разыгралось масштабное танковое сражение, в котором сошлись примерно полторы тысячи танков и самоходок. В процессе этой операции взять Ржев не получилось, но все же советские войска отвоевали у немцев плацдарм, захваченный теми на левом берегу Волги в районе Ржева, а также приковали к театру военных действий на этом направлении значительные силы группы армий «Центр». Немцы были вынуждены даже перебросить ко Ржеву двенадцать дивизий, уже подготовленных к отправке под Сталинград, что значительно ослабило натиск противника в Поволжье и позволило Ставке ГКО собрать там силы для ответного наступления.
23 августа 1942 г. немецкие войска под командованием Паулюса смогли выйти к западной окраине Сталинграда. Но тем не менее первоначальный план быстрого выхода к Волге и захвата города был сорван яростной обороной советских войск на подступах к Сталинграду и из-за недостатка сил, застрявших возле Ржева.
Когда стало ясно, что дальше продвинуться в рамках данной операции невозможно, Г. К. Жуков лично отправился к Погорелому Городищу, чтобы оценить обстановку и прикинуть дальнейшие действия.
И тут ему позвонил И. В. Сталин, приказавший передать руководство фронтом начальнику штаба, а самому срочно прибыть в Москву.
«Сталин не сказал о назначении меня заместителем Верховного главнокомандующего, – вспоминал Жуков. – Видимо, об этом он хотел объявить при личной встрече. Вообще Верховный по телефону говорил только то, что было крайне необходимо сказать в данный момент… Поздно вечером этого же дня прибыл в Кремль… Верховный сказал, что у нас плохо идут дела на юге и может случиться, что немцы возьмут Сталинград. Не лучше складывается обстановка и на Северном Кавказе. Он объявил, что ГКО решил назначить меня заместителем Верховного главнокомандующего и послать в район Сталинграда. Сейчас там находятся Василевский, Маленков и Малышев… Было ясно, что предстоящая битва имеет крупнейшее военно-политическое значение. С падением Сталинграда вражеское командование получило бы возможность отрезать юг страны от центра. Мы могли также потерять и Волгу, важнейшую водную артерию страны, по которой большим потоком шли грузы с Поволжья и Кавказа.
Верховное главнокомандование направляло в район Сталинграда все, что было тогда возможно…»
1-я гвардейская армия 2 сентября перейти в наступление не смогла, так как ее части не сумели выйти в исходное положение, подвезти боеприпасы, горючее и организовать бой. Чтобы не допустить неорганизованного ввода войск в бой и не понести от этого напрасных потерь, после личной проверки на месте перенес наступление на 5 часов 3 сентября.
Наступление 24-й и 66-й армий назначаю на 5–6 сентября. Сейчас идет детальная отработка задач всем командным составом, а также принимаем меры материального обеспечения операции.
Но назначенное Жуковым на утро 3 сентября наступление успеха не принесло – несмотря на артиллерийскую подготовку, войскам 1-й гвардейской армии удалось пройти вперед считанные километры. Дальше продвижение застопорилось, поскольку немцы бросили против наступающих авиацию и танки.