Костяком 10-й армии стали семь резервных стрелковых дивизий, большей частью те самые, что находились на момент начала «Тайфуна» в стадии формирования на территории Московского военного округа. В страшном октябре 1941 г. они были оставлены в резерве как небоеготовые. Теперь, после более чем двух месяцев длившейся иногда по 12 часов в день подготовки, настал час их вступления в сражение. Это были 330-я (командир – полковник Г. Д. Соколов), 322-я (полковник П. И. Филимонов), 328-я (полковник П. А. Еремин), 324-я (генерал-майор Н. И. Кирюхин) и 326-я (полковник В. С. Андреев) стрелковые дивизии. Помимо этого в армию вошли 323-я (полковник И. А. Гарцев) и 325-я (полковник Н. Б. Ибянский) стрелковые дивизии формирования Орловского военного округа. Последние две тоже уже существовали на 1 октября 1941 г., но вместо них под Тулу и Мценск направили десантников и резервы Ставки. Истекая кровью, лихорадочно перемещая между возникающими то там, то здесь кризисами скудные резервы, советское командование давало время на подготовку бойцов и сколачивание подразделений новых дивизий. Бесперспективность ввода в бой плохо обученных и вооруженных соединений была очевидна. К 2 декабря из вагонов выгружались готовые к бою люди, неплохо по меркам 1941 г. вооруженные и оснащенные.

Поскольку самостоятельное механизированное соединение класса танковой дивизии в Красной Армии в тот момент отсутствовало, его роль выполняла конница, объединенная в корпуса и дивизии. В качестве подвижных соединений в 10-ю армию были включены две кавалерийские дивизии: 75-я (полковник В. А. Конинский) и 57-я (полковник И. И. Муров). Кроме того, две дивизии влились в армию после выхода из окружения: 239-я стрелковая и 41-я кавалерийская. Последняя приняла активное участие в наступлении, а 239-я и 325-я стрелковые и обе свежесформированные кавалерийские были оставлены в резерве.

В отличие от Клинско-Солнечногорской наступательной операции, вводившаяся в бой 10-я армия получила четко обозначенное направление главного удара (Михайлов – Сталиногорск), на котором были сконцентрированы основные силы. Так, 328, 324 и 323-я стрелковые дивизии получили полосу наступления всего 8–9 км каждая, в то время как 322-я, 326-я стрелковые и 41-я кавалерийская дивизии на вспомогательных направлениях действовали в полосах 26, 10 и 21 км соответственно.

Общей чертой наступательных операций на правом и левом крыльях Западного фронта была постановка наступательных задач оборонявшимся на направлении главного удара противника армиям и временным объединениям. Так, 50-я армия получила задачу наступать в южном и юго-восточном направлении с целью содействовать окружению группировки противника. 1-й гвардейский кавалерийский корпус должен был наступать на Сталиногорск. 49-я армия получила задачу окружить и уничтожить противника в районе Алексина и далее наступать на Калугу.

Наступление 10-й армии началось 6 декабря с удара 330-й стрелковой дивизии в направлении Михайлова, который был захвачен в ночном бою к утру 7 декабря.

Благоприятное развитие событий в полосе наступления армии Ф. И. Голикова стало сигналом к началу наступления 50-й армии. В директиве фронта, отданной утром 8 декабря, указывалось: «В связи с отходом группы Гудериана в южном направлении и выходом армии Голикова в район Гагарина (10 км южнее Михайлова) подготовьте стремительный удар в южном и юго-восточном направлениях».

В течение 8—10 декабря войска 10-й армии, пройдя с боями более 70 км, подходили к Дону. 50-я армия И. В. Болдина к исходу 10 декабря продвинулась на юг на глубину от 4 до 16 км. Вследствие утомленности войск в предыдущих боях, суровых зимних условий и сильного сопротивления плотно построенной ударной группировки XXIV моторизованного корпуса наступление войск 50-й армии развивалось медленно. Они не смогли своевременно овладеть указанными им районами и перерезать пути отхода соединениям противника, отступавшим из района Венев – Михайлов. Освободив 9 декабря Венев, 1-й гвардейский кавалерийский корпус П. А. Белова к 10 декабря находился на подступах к Сталиногорску.