Почти одновременно с контрнаступлением под Сталинградом советское командование провело 25 ноября 1942 года очередную наступательную операцию в районе Ржевско-Вяземского выступа, который вновь стал ареной жесточайших сражений войны. Операция носила кодовое название «Марс» и имела целью ударами двух фронтов — Западного (генерал И. С. Конев) и Калининского (генерал М. А. Пуркаев) нанести поражение войскам группы армий «Центр», оборонявшим Ржевско-Вяземский выступ. Общая численность войск Калининского и Западного фронтов превышала 1,3 млн чел. (больше, чем при наступлении под Сталинградом). Они располагали 24,6 тыс. орудий (32 % от их общей численности на фронте), 3,3 тыс. танков (45 % от их общей численности на фронте), 1,17 тыс. самолетов (38 % от их общей численности на фронте).
Несмотря на собранную мощь и значительное численное превосходство (на отдельных участках прорыва по личному составу оно было пяти-шестикратным), советским войскам не удалось добиться успеха, подобного сталинградскому. Наступление планировалось на тринадцати основных направлениях по периметру выступа, что привело к распылению сил. Операция увязла в позиционных боях без достижения решительного успеха.
В отличие от Сталинградской битвы, советские войска под Ржевом в полной мере столкнулись с неблагоприятными условиями зимнего наступления в лесистой местности против загодя подготовленной, хорошо оборудованной и привязанной к местному рельефу линии обороны. Немецкие опорные пункты соединялись между собой траншеями с развитой системой ходов сообщения, ДЗОТов и блиндажей. Танки и штурмовые орудия, хорошо пристрелянные на местности, также часто зарывались в землю. Перед передним краем обороны находились минные поля и проволочные заграждения. На важнейших направлениях немцы имели две линии обороны, что стало для советского командования полной неожиданностью.
Под Ржевом Красная Армия не могла в достаточной степени воспользоваться широким маневром, возможности которого были ограничены лесистой местностью, глубоким снегом и коротким зимним днем. Прямой же натиск на узком пространстве свел на нет значительное численное преимущество наступавших. Пехота, поднимаясь в атаку, чаще всего скучивалась и несла большие потери. Хорошая видимость на снегу атакующих бойцов, у которых отсутствовали маскировочные халаты, давала возможность оборонявшимся вести эффективный, прицельный огонь. Советские войска оказались втянуты в кровавые фронтальные бои и увязли в сплошной и недостаточно ими изученной немецкой обороне.
Не всегда достигала цели и мощная артиллерийская поддержка. Лесистая пересеченная местность и частые метели сильно ограничивали видимость. Артиллерийская же разведка почти отсутствовала. В результате орудия и реактивные минометы часто вели огонь не по конкретным целям, а по площадям, что резко снижало эффект попадания. Части переднего края (пехотные и механизированные) также имели слабую разведку, которая не обеспечивала их должными сведениями о немецкой обороне (особенно второго эшелона). Из-за этого войска часто атаковали вслепую и несли тяжелые потери.
К причинам неудач наступления стоит добавить огромное упорство и мастерство немецких солдат, отнявших у наступавших запланированный триумф. Если в ходе контрнаступления под Сталинградом советским войскам противостояли недостаточно стойкие румынские или итальянские части, то под Ржевом — немецкие кадровые соединения. Для немцев — ветеранов Ржевской битвы защита этой уже хорошо знакомой земли, обильно политой кровью боевых товарищей, была в известном смысле делом чести.
Имели место и стратегические соображения. При смене наступательных задач на оборонительные Ржевский выступ приобретал новое значение для германского руководства. На линии Москва — Смоленск — Минск — Варшава — Берлин этот выступ становился выдвинутым на восток, передовым рубежом немецкой обороны против советского натиска на столицу Третьего рейха. Не случайно немцы называли Ржев «воротами на Берлин».
В обороне ржевско-вяземского района немецкие войска проявили высокую доблесть и умение. Они точным огнем отсекали пехоту от танков, которые уничтожались затем из замаскированных укрытий противотанковой артиллерией. Широко применялся метод танковых засад. Потеряв оборонительный объект, немцы, как правило, стремились отбить его в тот же день с помощью контратаки (обычно при поддержке танков). Зимой они проявляли особую стойкость, поскольку отступление грозило им потерей теплых блиндажей и отходом в неизвестность. Среднесуточные темпы продвижения Западного фронта измерялись всего сотнями метров.