Следующей целью стал Торопец. Город, где размещалась вторая крупная база снабжения группы армий «Север», обороняли части 253-й пехотной дивизии, полевой жандармерии и полиции, полк ПТО – всего около 2500 человек. Генерал Тарасов получил специальный приказ: вести свои полки лесами и скрытно подойти к городу, чтобы внезапно ворваться в район товарной станции, захватить продовольственные склады и удерживать их любой ценой. Как пишет Еременко: «Для нас в то время продовольствие имело первостепенное значение. Снабжение на Северо-Западном фронте было организовано плохо. В этих условиях возможность получить продовольствие... являлась для армии просто кладом. И мы не выпустили этот клад из наших рук». Еременко вел свою голодную армию к Торопцу, прямо как генерал Бонапарт своих оборванцев в цветущую Италию.

С утра 20 января части 249-й стрелковой дивизии внезапно для противника ворвались в город, и ее 917-й полк к 14 часам овладел товарной станцией, депо и складами. Опомнившись, немцы контратаками выбили русских со станции, но склады наш героический полк не отдал! Взять город с ходу, правда, не удалось. Войска 4-й ударной произвели перегруппировку сил. Из тыла подошли 48-я и 39-я стрелковые бригады. Объявилась наконец 360-я стрелковая дивизия; она, преодолев за двенадцать дней 135 км, вышла из лесов и болот с большими потерями в технике, почти без артиллерии и боеприпасов, и заняла позиции северо-западнее Торопца. Одновременно специальный отряд лыжников был выслан для захвата станции Старая Торопа с тем, чтобы перерезать железную дорогу Великие Луки – Торопец и перехватить пути отхода противника на юго-запад и на юг.

21 января, после двухдневных боев, Торопец был освобожден. В качестве трофеев советским войскам достались 720 автомашин (штаб армии оснастился немецкими мотоциклами и вездеходами), 450 тысяч снарядов, большие склады горюче-смазочных материалов, до 40 складов с продовольствием. Еременко неоднократно указывает, что последнее обстоятельство для его войск было «самым главным»: «Эти продовольственные склады мы превратили в свои армейские. Их запасами армия питалась в течение месяца... Нас выручало лишь то, что мы захватили большие продовольственные и другие склады противника и по-хозяйски их расходовали... Можно прямо сказать, что материальное обеспечение армии, особенно продовольствием, а частично и горючим и даже боеприпасами, производилось за счет противника».

334-я дивизия полковника Мищенко вела в это время упорные бои на подступах к поселку и железнодорожной станции Нелидово, стимулом ее бойцам служило донесение разведки об обнаружении на станции эшелонов с продовольствием.

Под Торопцом впервые довольно активно действовала германская авиация; 20 января во время проведения рекогносцировки перед штурмом генерал Еременко получил здесь от немецкого пилота пулю, перебившую голень правой ноги. Командарма пришлось отправить на командный пункт. В госпиталь он ехать отказался и продолжал управлять войсками с носилок, о чем сам скромно рассказывает: «В течение 23 дней, то есть до полного выполнения задачи, поставленной Ставкой, мне пришлось командовать войсками с носилок, с перебитой ногой, положенной в гипс. Эти 23 дня стоили, наверняка, нескольких лет жизни. Кроме физических страданий, я и морально пережил немало, прежде всего потому, что из-за своей неподвижности не мог бывать в войсках («не мог бить в морду командиров соединений»? – Авт.)... Однако должен сказать, что эти невзгоды и переживания не сломили моей воли, я стремился твердо и уверенно руководить войсками».