Следующим пунктом на пути корпуса П. А. Белова стал город Козельск. Основные силы корпуса в лице 1-й гвардейской, 57-й и 41-й кавалерийских дивизий были направлены в обход Козельска на Мосальск, для быстрейшего продвижения к главной цели наступления – Юхнову. На Козельск были направлены 2-я гвардейская и 75-я кавалерийская дивизии. Для обороны Козельска немцами был использован естественный рубеж обороны по р. Жиздре. Подошедших к городу кавалеристов встретил шквальный огонь частей 296-й пехотной дивизии, были использованы даже ранцевые огнеметы. Только утром 28 декабря Козельск был очищен от немецких войск. Как и в большинстве проведенных кавалеристами Белова операций, в ходе боев за Козельск был применен обходной маневр. Город был охвачен с северо-запада и юга и под угрозой окружения и полного уничтожения оставлен обороняющимися.

Поскольку ось наступления группы Белова смещалась на северо-запад, 10-я армия Ф. И. Голикова должна была наступать строго на запад, прикрывая фланг 1-го гвардейского кавалерийского корпуса. Конечной целью наступления армии был район Сухиничей. Это был крупный узел коммуникаций, обеспечивавший рокаду между войсками противника, противостоявшего Западному и Юго-Западному фронтам. Для того чтобы открыть себе дорогу на Сухиничи, 10-я армия должна была сначала захватить Белев. Город располагался на стыке Западного и Юго-Западного фронтов, и удержание немецкими войсками этого опорного пункта означало серьезную угрозу флангу 10-й армии. Характер боевых действий в зимний период вынуждал обе стороны вести бои в основном за населенные пункты.

Наступление 10-й армии на Белев началось в узкой и бездорожной полосе между Одоевом и Арсеньевом шириной всего 20 километров. Поэтому к Оке соединения армии Ф. И. Голикова вышли только 26 декабря. В отличие от довольно легко форсировавших реку 50-й армии и кавалерийского корпуса Белова, армии Ф. И. Голикова предстояло провести штурм господствовавшего над окрестностями Белева. С утра 27 декабря 10-я армия начала наступление на Белев. Этот город с множеством каменных старинных зданий, монастырей, церквей представлял собой почти идеальное место для постройки крепости XX столетия. Немцами были построены ДЗОТы, блиндажи, пулеметные гнезда в каменных строениях.

Несмотря на относительную слабость частей немецких соединений, оборонявших Белев (отмечались части 56, 112 и 167-й пехотных дивизий, 4-й танковой дивизии), он был «крепким орешком» для свежесформированных дивизий 10-й армии, которые уже почти месяц не выходили из боев. Непосредственно в боях за Белев участвовали 330-я стрелковая дивизия, а также 322-я и 328-я стрелковые дивизии, возвращенные в 10-ю армию из группы Белова. 325-я и 326-я стрелковые дивизии армии поначалу оставались во втором эшелоне армии. Содействие войскам 10-й армии оказывала 342-я стрелковая дивизия 61-й армии образованного 18 декабря Брянского фронта. Основные силы 61-й армии отстали от передовых частей на 50–70 километров. Бои за Белев продолжались в течение двух суток. Командир 330-й стрелковой дивизии полковник Г. Д. Соколов с целью прорыва прочной обороны строил полки своей дивизии в три эшелона. Ухудшало ситуацию отсутствие в 10-й армии танков. Пригороды Белева по нескольку раз переходили из рук в руки.

Захват Козельска корпусом П. А. Белова заставил Ф. И. Голикова расширить фронт наступления своей армии и направить на смену захвативших город кавалеристов 239-ю и 324-ю стрелковые дивизии. В том же направлении выдвигались 323-я и 325-я стрелковые дивизии. После неудачи первого штурма Белев был захвачен обходным маневром. 328-я стрелковая дивизия двинулась в обход города с севера, а 326-я стрелковая дивизия – с юга. Соответственно 322-я и 330-я дивизии продолжили бои за северные и восточные пригороды Белева, отвлекая внимание противника от обходного маневра двух других дивизий. К 13.00 31 декабря город был взят, а оборонявшие его немецкие части или уничтожены, или отступили на запад и юго-запад. Преследуя противника, 328-я и 330-я стрелковые дивизии продолжили наступление в западном и северо-западном направлении. Оставленная в Белеве в качестве гарнизона 322-я стрелковая дивизия несколько дней занималась очисткой города от оставшихся в нем отдельных мелких групп противника. Трофеями советских войск в Белеве стали 14 полевых орудий, 9 зенитных и 2 противотанковые пушки, более 100 винтовок, 25 станковых пулеметов, 70 автомашин, 50 мотоциклов и другое вооружение и техника, а также оставшиеся в банке 1 млн. 400 тыс. рублей советских денег. В городе также были захвачены более полутора тысяч тонн продовольствия.