Операція проводилася силами Калінінського (генерал І. С. Конев) і Західних (генерал Р. До. Жуків) фронтів 8 січня-20 квітня 1942 р. з метою завершити розгром групи армій Центр (фельдмаршал Х. Р. Клюге). В кінці 1941 року в результаті крупного наступу радянських військ під Москвою німецькі війська потерпіли першу серйозну поразку. До січня 1942 року розташовані на центральній ділянці фронту німецькі частини практично втратили боєздатність, що дало радянському командуванню можливість намітити план остаточного знищення групи армій Центр.
Незвичайно люті морози створювали для німецької армії украй важкі умови: збройове мастило замерзало, викликаючи часті відмови озброєння, вузькі гусениці танків за ніч намертво примерзали до землі. Для того, щоб завести двигун будь-якої бойової техніки, доводилося розпалювати під днищем вогнище. Обмороження серед солдатів стали масовим і звичайним явищем. У цих умовах радянське військове керівництво і особисто Сталін прийшли до висновку про необхідність остаточного розгрому супротивника, що знаходився в так званому виступі Вяземськом. Сама конфігурація цього виступу, над яким нависали війська чотирьох радянських фронтів, підказувала таке рішення. Було ухвалено рішення без оперативної паузи продовжувати рух вперед з метою завершити розгром німецько-фашистської групи армій Центр.
Наступальну операцію планувалося провести швидко і малою кров'ю. Але вона виявилася однією з самих кровопролитних за всю історію Великої Вітчизняної війни і затягнулася на 14 місяців. Пізніше, коли операція вже почалася, стало ясно, що супротивник зовсім не був повністю деморалізований, як передбачалося. Крім того, частини 2-ою польовою і 2-ою танковою армій групи Центр під командуванням генерал-фельдмаршала Клюге при рівності сил в піхоті перевершували радянські війська по танках і артилерії більш ніж в два рази. Це незнання командування коштувало життя тисячам бійців і командирів.
Задум настання базувався на обхваті супротивника п'ятьма арміями і одним кавалерійським корпусом фронту Калінінського з півночі, з району на північний захід від Ржева в напрямі на Сичевку, Вязьму і дев'ятьма арміями і двома кавкорпусамі Західного фронту з півдня, з району Калуги до Юхнову, Вязьме, Сичевке і Гжатську з одночасним виступом решти армій Західного фронту на Сичевку і Гжатськ. Оточити, розчленувати і знищити основні сили групи армій Центр в районі Ржев, Вязьма, Юхнов, Гжатськ. Відповідно до планів Ставки ВГК для допомоги наступаючим військам в німецькому тилу мав бути висаджений крупний десант. Дії десанта в основному вписувалися в довоєнну військову доктрину РККА: головним завданням було завершення оточення німецького угрупування, перекриття залізниць і шосе Вязьма – Смоленськ, а також заборона підходу резервів до оточених німецьких частин з інших ділянок фронту.
Початок операції Ржевсько-вяземськой був цілком успішним: до кінця місяця фронт Калінінський вийшов на підступи до Смоленську, а три армії Західного фронту (43-а, 49-а і 50-а) почали з півночі і з півдня оточення німецького угрупування в районі Юхнова. Здавалося, що остаточне знищення військ вермахту вже справа декількох днів. І тут все вирішила воля Сталіна: по його особистому розпорядженню з складу Західного фронту була виведена в резерв 1-а ударна армія. Ослаблені війська 20-ої армії, вимушені розтягнути свої позиції на широкій ділянці фронту, впритул підійшли до околиць Гжатська, але узяти його так і не змогли. Настання загальмувалося, а потім і зовсім захлинулося.
18-22 Січня в районі селища Бажання на південний захід від Вязьми були викинуті з парашутами два батальйони 201-ої повітряно-десантної бригади і 250-го стрілецького авіадесантного полку. Крім того, було ухвалено рішення про викидання в район Озеречні 4-го повітряно-десантного корпусу для посилення 1-го кавалерійського корпусу, що діє в оперативному тилу німців. Але транспортних літаків не вистачало, тому в тил супротивника була направлена тільки одна 8-а повітряно-десантна бригада – близько 2000 чоловік. Висадку другого і третього ешелонів за планом повинні були проводити 70 винищувачів, але реально було виділено тільки 19 машин. Десантники стрибали з тихохідних бомбардувальників ТБ-3, які були абсолютно не захищені від винищувачів і ППО супротивника. Із-за сильного зенітного вогню із землі висадка проводилася з великої висоти – до 2000 метрів. Результатом цього стало те, що півтори тисячі парашутистів 8-ої бригади розкидали за площею більше кілометра.
Не дивлячись на всі труднощі, в районі Вязьми десантувало більше 10000 чоловік, що мали на озброєнні 320 мінометів, 541 кулемет і 300 протитанкових рушниць. 27 Січня кавалерійський корпус генерала П. Белова прорвався через Варшавське шосе південно-західно Юхнова і через три дні з'єднався з десантниками і партизанами на південь від Вязьми. Сполучені сили перерізували залізницю і шосе Смоленськ – Вязьма, паралізувавши тим самим постачання німецьких частин, що знаходяться в цьому районі. До 1 лютого сюди ж вийшли передові дивізії 33-ої армії і зав'язали бої на околицях Вязьми. Німецький гарнізон опинився в оточенні.
В кінці січня на цю ділянку фронту німцями було перекинуто до 12 дивізій і 2 окремих корпуси. В результаті декількох інтенсивних ударів по радянських військах німцям вдалося стабілізувати свою лінію оборони по річці Угра. На півночі в оточенні опинилися 7 дивізій вермахту, а на півдні в таке ж положення потрапила половина 33-ої армії, кавалеристи Белова і десантники. Всі спроби прорвати кільце оточення виявилися безуспішними, не дивлячись на великі втрати радянських військ.
Ставка ВГК ухвалила рішення продовжити десантну операцію для допомоги військам Західного фронту в розгромі німецького угрупування в районі Юхнова. Новий етап операції почався 18 лютого в районі населеного пункту Бажання – там місяць тому був висаджений перший ешелон десантників, а до лютого діяли великі сили партизан. Висадка 214-ої бригади проходила в умовах сильної завірюхи, тому багато підрозділів розкидало по всій Смоленській області. 22 Лютого в німецький тил вилетіли підрозділи 214-ої бригади, штаб 4-го корпусу і численні спеціальні частини. Тим часом, війська Західного фронту, що потрапили в оточення, продовжували активно діяти в оперативному тилу групи армій Центр. Наприклад, 8-а повітряно-десантна бригада, підтримана партизанами, вийшла в район Моршаново-дягильово і знищила штаб 5-ої танкової дивізії вермахту. Кільце оточення не було щільним: з казана регулярно евакуювали поранених, а з Великої землі доставлялися боєприпаси і продовольство. Проте на початок квітня положення різко погіршало, оскільки німецьке угрупування почало планомірні дії з ліквідації казана.
Не зумівши ліквідовувати виступ Ржевсько-вяземський, Червона Армія перейшла 20 квітня до оборони. Це була найкривавіша фаза Московської битви. Блоковані радянські війська змогли протриматися до кінця травня, а потім командуванням було дано дозвіл на прорив з оточення. Вночі 26 травня 1942 року залишки 4-го повітряно-десантного корпусу прорвали фронт і почали рух у напрямі Кирова – за домовленістю з радянським військовим керівництвом там був підготовлений удар по найслабкішому місцю в німецькій обороні, щоб полегшити окруженцям перехід лінії фронту. 24 Червня основна частина радянських військ вийшла з оточення. На жаль, не без втрат.
Відстоявши виступ Ржевсько-вяземський, німецьке командування отримувало принаймні дві важливі тактичні переваги. Воно зберігало зручний трамплін для нового наступу на Москву і загрожувало глибоким обхватом з півдня району дислокації радянських військ між озером Селігер і Великим Лукою. Підсумком цих боїв став відхід німецьких військ на відстань 80-250 км. до заходу – від супротивника були повністю очищені Московська і Тульська області і ліквідована безпосередня загроза Москві. У останньому ж – наступальна операція повністю провалилася. Наші втрати перевершують німецькі приблизно в півтора рази: радянські війська втратили не менше 500 000 чоловік убитими, померлими від ран і такими, що потрапили в полон, тоді як спад особового складу групи армій Центр склав близько 330 000 солдатів і офіцерів.
Загони десантників 149 діб вели бої, пройшовши по тилах супротивника до шестисот кілометрів, вони відвернули на себе з фронту і скули своїми рішучими діями п'ять німецьких дивізій, знищивши в ході операції до 15 тисяч ворожих солдатів і офіцерів, велика кількість бойовий і іншої техніки. За роки війни Ставу Верховного Головнокомандування більше сорока разів застосовувала десанти, але найбільш крупною повітряно-десантною операцією стала Вяземськая, коли в тил супротивника було викинуто більше 10 тисяч радянських десантників, а також тисяч призначених для них вантажів з озброєнням, боєприпасами, продовольством і іншим майном.
До кінця війни мала місце тільки одна спроба висадити крупний повітряний десант тилу супротивника: під час Дніпровської наступальної операції 25-28 вересня 1943 року. Проте і ця десантна операція виявилася невдалою – з 4500 чоловік в живих залишилося тільки 1200. Бойові дії під Вязьмой наочно показали, що чим більше десант, тим важче йому вирішувати оперативні завдання, а найбільші шанси на успіх при висадці в тилу супротивника мають невеликі диверсійно-розвідувальні підрозділи.
Кореспондент англійської газети Санді таймс А. Верт так характеризує обстановку, що склалася, на Ржевсько-вяземськом виступі того часу: Протягом всього важкого літа 1942 року цей німецький плацдарм залишався потенційною загрозою для Москви, але головною турботою росіян була не стільки перспектива настання німців на столицю, скільки можливість того, що вони спробують утримувати плацдарм мінімальними силами, а решту військ перекинуть на південь, для настання на Сталінград і Кавказ. Тому впродовж всього літа і осінню 1942 року радянське командування прагнуло в що б те не стало сковувати якомога більше німецьких військ на захід від Москви, безперервно атакуючи і вимотуючи їх. Бої під Ржевом були з числа найважчих, які коли-небудь доводилося вести радянським військам. Вони атакували сильно укріплені позиції німців і несли набагато більші втрати, чим німці, військові дії носили такий запеклий характер, що пленних було дуже мало.
Письменник Ілля Еренбург в книзі спогадів Годи, люди, життя писав: У вересні редактор дозволив мені поїхати до Ржеву, де, починаючи з серпня, йшли запеклі бої. У літописі багатьох радянських сімей Ржев пов'язаний з втратою близької людини – бої були дуже кровопролитними. Ржева я не забуду. Можливо, були настання, що коштували більше людських життів, але не було, здається, іншого такого сумного – тижнями йшли бої за п'ять-шість обламаних дерев, за стінку розбитого будинку, та крихітний горбок.
Восени і зимою 1942-1943 року військово-стратегічна обстановка під Ржевом відображала загальне положення на всьому радянсько-німецькому фронті. У цей період перемогою Червоної Армії під Сталінградом почався корінний перелом не тільки в ході Великої Вітчизняної, але і всієї Другої світової війни. Крупне настання Червоної Армії на ржевсько-вяземський плацдарм почалося через день після повного оточення армії Паулюса під Сталінградом – 25 листопада 1942 року. Німецьке командування спішно перекидало крупні сили з інших ділянок фронту: з Духовщини Смоленської області підійшла 20-а танкова дивізія генерала Літвіца, з-під Орла була перекинута 12-а танкова дивізія генерала Весселя, на допомогу 2-ій авіапольовій дивізії була кинута дивізія СС обережного генерала Бітріха.
Якщо настання армій фронту Калінінського почалося успішно, то Західний фронт не зміг відразу прорвати оборону супротивника на всю її глибину. Заступник Верховного Головнокомандуючого Жуків прийшов до висновку, що в умовах, що склалися, подальше настання Західного фронту тільки приведе до непотрібних втрат. Знаючись на причинах невдалого наступу військ Західного фронту