Войска Калининского фронта получили аналогичные приказы. Фронту предстояло наступать по двум направлениям, основной удар должны были наносить силы 41-й армии к югу от Белого и 22-я и 39-я армии выше по долине реки Лучеса и южнее на Оленине соответственно (25). Ставка приказала 41-й армии возглавить наступление к югу от Белого после прорыва обороны 6-м добровольческим стрелковым корпусом и 1-м и 2-м механизированными корпусами. Прорвав оборонительные рубежи противника, оба механизированных корпуса должны были соединиться с подвижным корпусом 20-й армии к западу от Сычевки, пока остальные войска преграждают путь к выступу союзным войскам подкрепления противника. 22-й армии Калининского фронта с 3-м механизированным корпусом в авангарде приказывалось наступать на восток по долине Лучесы, прорвать немецкую оборону и расширить зону прорыва, отогнав войска противника на север, к окружению в районе Оленине. 39-я армия, наступая на широком участке фронта вдоль реки Молодой Туд в вершине Ржевского выступа, должна была заставить противника отступить к Оленине, прогнав его между смыкающимися «клещами» ударных сил 22-й и 39-й армий. В ходе дальнейшего развития операции поддерживающие советские армии вдоль пылающих границ Ржевского выступа должны были соединиться на пожарище и окончательно ликвидировать немецкую 9-ю армию. Затем им предстояло перегруппироваться для участия в операции «Юпитер».
Операцию «Юпитер» предстояло начать после полной ликвидации 9-й немецкой армии. В ходе этой операции, разработанной перед началом «Марса» лишь в общих чертах, 5-я и 33-я армии Западного фронта с большими силами подкрепления, развернутые вплотную к дороге, соединяющей Москву с Вязьмой, должны были прорвать немецкую оборону у Вязьмы. Прорвавшись через тактические линии обороны, Жуков намеревался с помощью двух танковых корпусов (9-го и 10-го) развить успех. 3-я танковая армия Рыбалко должна была отчасти присоединиться к этим действиям и обеспечить соединение с силами Калининского фронта в районе Вязьмы (26).
Жуков и Ставка не поскупились выделить для участия в операции «Марс» бронетехнику, артиллерию и инженерные поиска двух фронтов. Силы поддержки и прикрытия включали 31 танковую бригаду, 12 танковых полков (в общей сложности 2352 танка), свыше 54 артиллерийских полков, 30 гвардейских минометных батальонов, 23 бронетанковых полка с почти 10 тысячами орудий и минометов, 20 отдельных инженерных и саперных батальонов. К силам прикрытия относились недавно перевооруженные отдельные гвардейские полки тяжелой артиллерии (мощные «катюши», или «сталинские оргáны»