1942年11月19日，在苏联南方，斯大林格勒战役进入到关键时刻，苏军在这天发动了“天王星”大反攻，这一行动将一举改变整个苏德战场甚至整个二战的局势，而此时在苏德战场中部，苏军也将对德国中央集团军群发动一次进攻，而这次进攻将成为苏军名将朱可夫军旅生涯中最大的一次失败。
苏军步兵发动进攻
勒热夫突出部是1941年莫斯科战役结束后德军控制的地方中最靠近莫斯科的地带。作为经历过1941年那段最危险日子的苏联最高领导人，斯大林可不希望再来一次莫斯科战役，为此，他不仅在莫斯科的正面集中了三个方面军的兵力，还一直要求前线将领寻找机会攻下勒热夫突出部，彻底消除德军对莫斯科的威胁。
1942年7月30日，当德军离斯大林格勒越来越近的时候，苏军西方面军和加里宁方面军集中了4个集团军的兵力开始猛攻勒热夫突出部，结果激战到8月23日，苏军在付出了减员超过19万人的巨大代价后仍未能突破德军的防线，被迫停止了进攻。
德军的机枪阵地
进入到1942年11月，德军中央集团军群经过多日作战总兵力已经减至77个师（含2个匈牙利师）约120万人，而与他们对峙的苏军西方面军、加里宁方面军以及莫斯科防区的部队总兵力已经达到189万人，要是考虑到双方的技术兵器，那差距就更大了，苏军已经完全具备了发动进攻的能力，斯大林认为在斯大林格勒发动反攻的同时，莫斯科方向也应该遥相呼应，这样既牵制德军向斯大林格勒增援，也能一劳永逸的解决对莫斯科的威胁。
在斯大林的要求下，此时已经成为苏联最高统帅部副统帅的朱可夫大将制定了对德军中央集团军群的反攻计划，代号“火星”，吸取了8月份进攻失利的教训后，这次朱可夫投入了多达7个集团军的兵力，其中6个集团军进攻勒热夫突出部的西北部，第3突击集团军进攻勒热夫以西的交通枢纽大卢基。按预定计划，铲除了勒热夫突出部西北部之后，进攻的苏军还将南下，和南面的苏军第3坦克集团军和第9、10坦克军等部一起合围维亚济马的德军第3装甲集团军。
研究战况的朱可夫大将
德军方面，负责防守勒热夫突出部西北部的是莫德尔上将指挥的德国第9集团军，尽管德军的一个集团军人数远比苏军的一个集团军多，但进攻的苏军6个集团军总兵力仍然达到惊人的58万人，而第9集团军此时只有14个师20余万人，而在坦克数量上，苏军的优势更加明显，苏军6个集团军共有1600辆坦克，而德军第9集团军只有265辆坦克。
机场上的莫德尔（中间）
按照计划，“火星”行动比“天王星”大反攻要晚几天实施，在此期间，德军却已经严阵以待，德军早在11月初就预测苏军可能向中央集团军群发动大规模进攻。德军前线部队也越来越多地察觉到“火星”行动即将开始的迹象，特别是有很多苏联士兵逃入德军防线，供述了己方部队的行动计划。莫德尔每天都要乘飞机到前线视察，很快得到了这些情报。
分析过这些情报后，11月23日10时20分，莫德尔向所辖部队下达命令：“根据逃兵供述，苏联人将在11月25—26日发起进攻。”德军的几支机动部队都奉命做好战备。为了守住勒热夫突出部，在开战前一天晚上，德军中央集团军群司令克鲁格元帅决定将第12、第19、第20装甲师都调到突出部西北侧进行防守，其中第19、第20装甲师由于距离不远，很快就能抵达。
勒热夫突出部的德军阵地一角
朱可夫将6个集团军大致分成了4组，在突出部东侧中部的瑟乔夫卡地段的是第31突击集团军和第20集团军，而在突出部西侧中部的别雷地区部署有第41集团军，别雷以北是第22集团军，最后在突出部以北的是第39集团军（西侧）和第30集团军（东侧）。
火星”行动前夕勒热夫突出部态势
1942年11月25日，“火星”行动正式开始，由于进攻是在极恶劣天气下展开的，导致苏军不但无法指望空中支援，从地面上也根本看不清战场状况，苏联炮兵只能盲目射击，炮击虽然长达90分钟，可是杀伤效果却大为减弱，而且德军对苏军的炮击战术已经相当熟悉，能够在苏联人开炮前就撤离前哨阵地，躲入二线阵地或侧后的碉堡内。
德国人也知道，一旦苏联火箭炮齐射的尖叫声传来，就意味着炮击将停止，苏联步兵即将开始突击。这时德军就会返回前哨阵地，用机枪和炮火迎击苏联步兵。运用这种战术，德军可以在猛烈炮火下把伤亡降低到最低限度，保持全副战力守住阵地。朱可夫也发现，德军把阵地修筑在难以观察的地形上，德军官兵还能躲入高地反斜面和峡谷。苏军难以用炮火破坏这一阵地体系。
苏军在雪野上遭到德军炮击
虽然炮击没有取得预期效果，但苏军步兵和坦克还是开始冲锋，德军先以零星的火炮和轻武器对先锋苏军射击，等大股苏军赶到时，再集中所有炮火猛烈射击，炮弹落入苏军队形，顿时血肉横飞，还有很多苏军士兵和坦克陷入碎裂的冰河，被活活冻死或淹死，但苏军凭借数量优势，还是逐渐逼近甚至闯入德军阵地。
在突出部东侧的瑟乔夫卡地段，苏军第20集团军成功在德军防线上撕开了一个口子，甚至逼近了德军第78步兵师指挥所，迫使第5装甲师派出2个装甲步兵营前去增援，莫德尔还授权可动用第1装甲师的坦克第2营投入作战。而苏军这边，西方面军司令科涅夫上将急于扩大战果，他在第二天就投入第6坦克军进入突破口，但由于突破口太小，导致苏军部队都拥挤在两条狭窄的道路上，被德军炮火造成惊人的伤亡，26日上午，德军第5装甲师向苏军先头部队展开反击，成功遏制住了苏联人的前进势头。
德军的75毫米反坦克重炮
进攻的苏军陷入了进退两难的境地，但朱可夫和科涅夫都不愿意就此放弃，依然命令第6坦克军继续前进，务必尽快切断勒热夫—瑟乔夫卡公路，但事态的发展却已不受苏联人掌控。11月27日早晨，苏军第6坦克军报告说由于没有后援和物资供应，无法展开下一步行动，而德军此时已经投入了作为预备队的第9装甲师，11月27—28日，德军开始兵分两路挤压德军的突破口，深入敌阵的苏第6坦克军和近卫第2骑兵军先锋被打了一个晕头转向，几乎被切断后路。
投入反击的德军装甲部队
在西侧的别雷地段，苏军第41集团军以第1机械化军为先头，成功打开了一个突破口，到第三天，这个突破口已经扩展到20公里深度，但此时，克鲁格调来的3个装甲师中已经有2个到达战场，11月27日，德军第1装甲师主力展开反击，使苏军第41集团军被迫暂时停止了进攻，到12月7日，德军已经集中了4个装甲师、1个步兵师、1个骑兵师分三路猛攻苏军第41集团军，仅一天功夫，德军就已经初步切断了4万多名苏军的退路。
在瑟乔夫卡地段，突入却被反包围的苏军第6坦克军和近卫第2骑兵军一部成功突出包围圈，但第20步兵师和第6摩化旅、第200坦克旅仍被德军围困着，到12月11日了，德军基本肃清了被围苏军，在此之前，克鲁格又从南部调来了第2装甲师增援，这样德军就有了第2、第5、第9共3个装甲师来遏制苏军第20集团军的攻势。本来德军只有265辆可用坦克，经过这一系列增援，德军可用坦克超过了500辆，朱可夫事后承认，自己根本没想到德军能在这么短的时间内调来这么多的援军。
但苏军还不甘心失败，第20集团军虽然已被德军歼灭了一部分，但依然在德军第27军和第39装甲军的结合部夺取了一块前进阵地，苏军决定利用这块阵地再努力一次。12月8日，朱可夫给西方面军和加里宁方面军下达了继续进攻的命令，要求在12月20日攻占别雷，12月23日占领勒热夫。
12月11日早晨9时，苏军第20集团军在猛烈炮火掩护下再度发起猛攻，苏军这次集中了9个步兵师，由第6坦克军残部和第5坦克军支援，由于此前伤亡惨重，第20集团军只剩下了8万多人，而防守的德军大约4到5万人，拥有100多辆坦克。
在迫击炮掩护下进攻的苏联步兵
朱可夫强行发动的这次进攻注定会失败，因为苏联人始终没办法破坏德军的火力配置，当数以万计的苏联步兵跃出战壕的几乎同时，德军的还击炮火就铺天盖地而来，接近战场的苏军第5坦克军也落入火力陷阱，损失惨重。没过多久，整个战场上就全是被烧毁的坦克、火炮以及烧焦的尸体。
苏军的进攻持续了几天，除了招致巨大伤亡外，苏军收获甚微。第5坦克军在12月17日这一天就损失了48辆坦克，而从11月25日到12月18日，苏军第20集团军阵亡、受伤、失踪的人数达到了5.7万人，第20集团军同期只抓到265个俘虏。为了顶住苏军的进攻，德军伤亡也不小，比如第5装甲师，在10天内损失了1640人、30辆坦克。
德军的冬季阵地
在别雷方向，虽然朱可夫要求在12月20日占领别雷，可是苏第41集团军甚至都无力救出被包围的第1机械化军和第6步兵军，更别谈进攻了。大战8天后，到12月16日，苏军残部在第1机械化军长索洛马京少将带领下突围回到第41集团军阵地，第1机械化军原有15200人，突围出来的只有4000人，而第6步兵军的损失更大。
主攻的第20集团军和第41集团军都被打残了，朱可夫无计可施，只得在12月20日下令停止进攻转入防御（第39、30集团军的攻势拖延到12月23日），到12月24日，对勒热夫突出部的进攻全面停止，苏军对勒热夫突出部的攻势又一次以失败告终。苏军此战伤亡达到20万人，还有4662人被俘，而德军第9集团军只损失了2.87万人，苏德双方伤亡比达到7：1！用6个集团军进攻1个集团军，还落得如此下场，这绝对是朱可夫军事生涯中最大的失败。
虽然对勒热夫突出部的进攻失败了，但“火星”行动也并不是一无所获，由于要支援勒热夫突出部，导致德军在大卢基的防御薄弱，苏军第3突击集团军趁机把这里的7500名德军给包围了，虽然德军调集了大量部队前来解围，但苏军依然在1943年1月14日攻占大卢基，7500名德军只有186人逃出生天，这也是苏军第一次全歼德军大型守备队据守的要塞据点，为此苏军付出了超过10万人伤亡的代价。
“火星”行动至此全部结束，苏军虽然没有到达预定的目标，但是牵制了中央集团军群的大量德军，使其无法南下增援B集团军群，保证了斯大林格勒战役的胜利。