Большую помощь сухопутным войскам оказала авиация, которая в сложных метеоусловиях произвела 5400 самолето-вылетов. В немецких документах, захваченных нашими войсками, было отмечено, что танковые части, автотранспорт, обозы несли большие потери от советской авиации.
В целях обеспечения наступления войск левого крыла Западного фронта 6 декабря 13-я и 3-я армии Юго-Западного фронта нанесли удар по елецкой группировке противника, заставив ее отступить. Авиация, поддерживая наступление войск, совершала по 60 самолето-вылетов в день, атаковывала противника в основном на поле боя. Большую помощь своими действиями оказали летчики дальнебомбардировочной авиации, которые днем и ночью наносили удары по войскам противника на поле боя и активно вели борьбу с его оперативными перевозками по железной дороге Новгород - Псков и Сумы - Киев.
В итоге 10-дневного контрнаступления советские войска прорвали тактическую зону обороны противника и начали преследование его отходящих войск. Авиация, поддерживая войска трех фронтов и прикрывая Москву, совершила около 6950 самолето-вылетов.
Гитлеровское командование стремилось упорным сопротивлением и жесткой обороной остановить наступление наших войск, направляя усилия ВВС на поддержку своих войск. Учитывая благоприятно складывающуюся обстановку, Ставка ВГК решила продолжать контрнаступление с целью создания условий для окружения и разгрома всей вражеской группировки войск. Для осуществления этого плана Калининскому фронту ставилась задача завершить разгром калининской группировки. Западный фронт, продолжая преследование противника севернее и южнее Москвы, переходом в наступление на центральном участке должен был расчленить главные силы врага для их окружения и разгрома. В целях обеспечения контрнаступления войск Западного фронта с юга 18 декабря вновь был создан Брянский фронт и его ВВС в составе трех авиационных дивизий (командующий генерал Ф. П. Полынин). Для усиления авиации фронта привлекалась 4-я резервная авиационная группа под командованием полковника Ю. А. Немцевича. Командующий войсками Калининского фронта решил разгромить войска противника ударом с севера (22, 39 и 29-я армии) и с востока (30-я и 31-я армии) в общем направлении на Старицу, сосредоточив основные усилия авиации на поддержку 30-й и 31-й армий, игравших главную роль. В ходе наступления, начавшегося 17 декабря, авиация наносила удары по отходящему противнику на дорогах. Особенно успешно она действовала в районе Старицы, где 24 декабря было уничтожено и повреждено до 60 автомашин и повозок врага.