Войска правого крыла Западного фронта, после того как они нанесли поражение 3-й и 4-й танковым группам в районах Клина, Солнечногорска и Истринского водохранилища, преследовали отходившего противника. Немецко-фашистское командование отводило главные силы танковых групп на подготовленный рубеж рек Лама и Руза. Отступление вражеских войск прикрывалось сильными арьергардами и заграждениями, которые противник устраивал в населенных пунктах и в узлах дорог. Ломая сопротивление гитлеровцев, советские войска 20 декабря вышли к рекам Лама и Руза на фронте от Лотошина до Рузы. В тот же день группы Ремизова и Катукова совместными усилиями освободили Волоколамск. Попытка прорвать оборону противника на укрепленном рубеже не имела успеха: командующие армиями стремились опрокинуть противника сразу на всем широком фронте, считая, что перед ними не главные силы противника, а только его арьергардные части. Наступление здесь пришлось приостановить.
На левом крыле Западного фронта обстановка сложилась более благоприятно. Силы противника на елецком и тульском направлениях были растянуты на широком фронте. Западный фронт во взаимодействии с правым крылом Юго-Западного фронта глубоко охватил две немецкие армии. Естественных рубежей, за которые мог бы ухватиться противник, до Оки на участке от Алексина до Орла не было. Попытки создать оборонительную группировку противнику никак не удавались. 18 декабря для закрытия прорыва 50-й армии Гудериан начал перебрасывать наспех созданные сборные команды, железнодорожные и саперные подразделения.
Группа генерала П. А. Белова, наступавшая между 50-й и 10-й армиями, преодолела рубеж реки Упа и 20 декабря овладела городом Крапивна. Отходивший перед ней противник бросал тяжелое вооружение, боевую технику, автотранспорт. 10-я армия продолжала наступление на сухиничском направлении нарастающими темпами. Попытка врага оказать сопротивление была быстро сломлена. 20 декабря армия овладела городом Плавск и с ходу форсировала реку Плава. 2-я немецкая танковая армия отходила на юго-запад, на Болхов и Орел.
В период с 20 декабря 1941 г. по 7 января 1942 г. войска левого крыла Западного фронта, продолжая успешное наступление, преодолели рубеж реки Ока и продвинулись на запад более чем на 100 км. Они освободили ряд городов и узлов дорог, в том числе Калугу, Белев, Мосальск, Мещовск, Козельск, и заняли выгодное положение для наступления на Вязьму с юга. Центральные армии Западного фронта 33-я и 43-я перешли в контрнаступление 18 декабря. Против них противник успел создать надежную глубокую оборону. Прорвать ее в первую неделю наступления советские войска не смогли. В полосе 33-й армии упорные бои развернулись в районе Наро-Фоминска, который был освобожден 26 декабря. К концу декабря войска 43-й армии форсировали реки Протва и Лужа, 2 января 1942 г. они освободили Малоярославец и 4 января Боровск. К 8 января дивизии 33-й и 43-й армий продвинулись с боями еще на 1025 км.
На правом крыле Юго-Западного фронта обстановка складывалась следующим образом. 16 декабря группа генерала Ф. Я. Костенко, выйдя в район Орево-Петровское (70 км северо-западнее Ельца), перехватила железную дорогу Елец Орел и перерезала пути отступления елецкой группировке противника, которая отходила на запад и северо-запад, теряя управление войсками и бросая боевую технику. 34-й армейский корпус противника при отходе попал под удар 5-го кавалерийского
корпуса. 3-я армия генерала Я. Г. Крейзера перешла в наступление 11 декабря. На следующий день ее части окружили в районе Ефремова пехотный полк 293-й немецкой дивизии и в тот же день освободили этот город. Для локализации прорыва советских войск противник снял из-под Тулы 17-ю танковую
дивизию. В связи с поражением фашистских войск южнее Тулы и в районе Ельца Гальдер в своем дневнике записал: «134-я и 45-я пехотные дивизии вообще более не боеспособны. Снабжение отсутствует, командование войск на участке фронта между Тулой и Курском потерпело банкротство».
К середине декабря войска правого крыла Юго-Западного фронта завершили разгром 34-го немецкого армейского корпуса (45, 95 и 134-ю пехотные дивизии) в районе между Ельцом и Ливнами. На этом Елецкая операция закончилась. 16 декабря между 10-й и 3-й армиями была введена в сражение 61-я армия. В результате разгрома елецкой группировки врага советские войска получили возможность наступать на Орел.
Продвижение войск 61-й и 3-й армий в период с 18 декабря по начало января 1942 г. способствовало успеху наступления Западного фронта под Тулой и на калужском направлении. Наибольший успех сопутствовал войскам 61-й армии, которая вышла к Оке южнее Белева. Остальные армии Брянского фронта особого успеха не имели. Их силы были истощены, а противник сумел серьезно усилить свои войска на мценском и орловском направлениях.
Продвигаясь на запад, советские воины освобождали все новые и новые населенные пункты. Они видели, что принесли захватчики советским людям. Сожженные города и села, виселицы, уничтоженные культурные ценности, взорванные памятники старины, зверские расправы с мирным населением, рабский труд все это вызывало ненависть к фашизму. Желание как можно скорее очистить от него советскую землю, повышало наступательный дух бойцов.