В итоге корпус оказался оторванным от 2–й танковой армии и 18 декабря был передан в состав 4–й армии. Закрыть этот разрыв немецкое командование пыталось силами 137–й пехотной дивизии.
Разрыв фронта было решено использовать для содействия 49–й армии в наступлении на Калугу с востока. По приказу командующего Западным фронтом Г. К. Жукова в составе 50–й армии И. В. Болдина создавалась подвижная группа под командованием заместителя командующего армией В. С. Попова. В состав подвижной группы были включены два полка 154–й стрелковой дивизии, 112–я танковая дивизия, 31–я кавалерийская дивизия, Тульский рабочий полк, 131–й танковый батальон, две батареи дивизиона PC и рота фугасных огнеметов. Подвижная группа располагалась в центре построения 50–й армии. Согласно приказу Г. К. Жукова она должна была к исходу дня 18 декабря сосредоточиться в лесном массиве в районе Зябки (деревня к юго–востоку от Калуги), откуда внезапным ударом с рассветом 20 декабря овладеть Калугой с юга.
В ночь на 18 декабря подвижная группа начала марш, не имея соприкосновения с противником. Обходя населенные пункты, не ввязываясь в бои с противником, подвижная группа прошла за трое суток около 90 км и к исходу 20 декабря скрытно вышла к Калуге с юга. Утром 21 декабря части подвижной группы 50–й армии захватили мост через р. Оку, ворвались в Калугу и завязали уличные бои с гарнизоном города. К 22 декабря к Калуге подтянулись немецкие части, собранные из нескольких дивизий. Подвижная группа 50–й армии фактически вела бои за город в окружении. Тем временем двигавшиеся следом стрелковые дивизии 50–й армии с 17 по 21 декабря стремились расширить разрыв фронта и выйти к Калуге. Правый фланг армии в лице 258–й стрелковой дивизии и переданной из 49–й армии 340–й стрелковой дивизии был скован боями с частями 31–й пехотной дивизии на шоссе Тула — Калуга. Левый фланг в лице 290–й стрелковой дивизии был контратакован с юго–запада и перешел к обороне. 217–я и 413–я стрелковые дивизии двигались слева позади.
Помощь 50–й армии в овладении Калугой оказал 1–й гвардейский кавалерийский корпус, который вышел к Одоеву южнее Калуги. Сам город Одоево был захвачен двумя отрядами корпуса, двигавшимися по обеим берегам реки Упа. От 322–й стрелковой дивизии полковника П. И. Филимонова был выделен отряд пехоты, посаженный на сани. Бои за Одоево продолжались 2—22 декабря. К 24 декабря кавалерийский корпус вышел к р. Оке южнее Лихвина. Тем самым немецкие части, сражавшиеся на шоссе Калуга — Тула, оказались глубоко охвачены с юга.