Не добившись продвижения в направлении Полунино, приостановив наступление, командование 30-й армии 7–9 августа произвело перегруппировку войск с целью изменения направления главного удара. Было принято решение наступать левым флангом армии в обход Ржева. 10 августа 30-я армия Калининского фронта начала второй этап наступления на Ржев. Главный удар левым флангом армии в направлении Грибеево – аэродром – Опоки – Ржев. В левофланговую группу вошли 6 стрелковых дивизий, 3 стрелковые и несколько танковых бригад. В тот же день, 10 августа, вернувшись из отпуска по лечению (он был ранен во время полета на связном самолете в мае 1942 г.), в 9-ю армию вернулся ее командующий генерал-полковник Вальтер Модель и застал ситуацию, «которой едва ли можно было овладеть».
В 7.00 утра 10 августа после часовой артподготовки войска 30-й армии на всем фронте перешли в наступление. С 15 до 18 августа шли ожесточенные бои в районе деревни Демкино. Этот район являлся ключом для выхода наступающих советских войск к Волге.
20 августа 256-й пехотной дивизии пришлось под нажимом 30-й армии отступить и отойти на южный берег Волги. 21 августа это заставило оборонявшуюся справа от нее 14-ю моторизованную дивизию также покинуть северный берег. Со всей ее тяжелой техникой и оружием ей удалось переправиться у Матюкова на другой берег по построенному между Ржевом и Зубцовом мосту. Овладев деревнями Архарово, Пудово, Мосягино, Першино, Варюшино и другими, северной частью пригородного аэродрома, левофланговые дивизии 30-й армии к вечеру 21 августа вышли к Волге на фронте Варюшино – Голышкино. Первым к Волге вышел в район Горшково – Горчаково 965-й стрелковый полк 274-й дивизии.
21 августа наступление 30-й армии было приостановлено для перегруппировки сил. В ходе второго этапа наступления на Ржев наши войска вышли к Городскому лесу, к восточной окраине города, на левый берег Волги от Ржева до Зубцова.
Калининский фронт постепенно очищал от противника северный берег Волги и подходил вплотную к Ржеву. 25 и 26 августа 16-я гвардейская и 359-я стрелковая дивизии при поддержке танков овладели деревнями Ковынево, Лазарево, Строево, Поволжье и вышли к Волге в 5–6 километрах западнее Ржева. Части 87-й пехотной дивизии, вслед за другими соединениями 9-й армии, перешли на южный берег Волги.
26 августа 1942 года командовавший Калининским фронтом И.С.Конев был назначен командующим Западным фронтом, сменив Г.К.Жукова, вступившего в должность заместителя Верховного Главнокомандующего и убывшего под Сталинград. Командующим Калининским фронтом был назначен генерал-лейтенант М.А.Пуркаев. Однако И.С.Конев не оставил сражения за Ржев. Поскольку наступление Западного фронта на сычевском направлении в целом завершилось, появилась возможность передать ему войска, сражающиеся за Ржев. 30-я армия перешла с 30 августа по приказу Ставки ВГК в состав войск Западного фронта. И.С.Конев продолжил начавшуюся месяц назад битву, стремясь довести ее до логического завершения. 30-я армия продолжала наступательные бои и к началу сентября вплотную подошла к Ржеву.