למרות כישלון המתקפה הסובייטית הראשונה על בליטת רז'ב, והמצב הקשה אליו נקלעה הארמייה ה-41 כתוצאה ממתקפת הנגד הגרמנית, התעקש ז'וקוב לחדש את המתקפה הסובייטית במגמה להשלים חיסול הכוח הגרמני בבליטת רז'ב עד סוף דצמבר 1942. יש לזכור שבראשית דצמבר עדיין הייתה קיימת סכנה ממשית, שהפיקוד הגרמני יצליח להעביר תגבורות חזקות לאזור סטלינגרד ולפרוץ את טבעת הכיתור הסובייטית סביב הארמייה השישית. על רקע זה ניתן להבין את ההתעקשות של סטלין וז'וקוב להמשיך להפעיל לחץ חזק על הכוחות הגרמניים בבליטת רז'ב, כדי לא לאפשר לפיקוד הגרמני להעביר כוחות מקבוצת ארמיות מרכז לעזרת כוחותיו הלחוצים בחזית הדרום. במהלך עשרת הימים הראשונים של החודש דאג ז'וקוב לתגבר את הכוחות הסובייטיים, שנועדו להשתתף במתקפה החדשה, בכוח אדם ובשריון. תוכנית המתקפה נשארה כמעט ללא שינוי. הארמיות ה-20 וה-29 של החזית המערבית, שתוגברו על ידי כוחות מהארמייה ה-31, בסיוע 2 קורפוסי טנקים (כ-230 טנקים) נועדו לתקוף לכיוון צפון מערב מראש הגשר שעל נהר ואזוזה במטרה לחבור עם כוחות הארמייה ה-41, בעוד הארמייה ה-39 מחזית קלינין, שתוגברה במספר דיוויזיות מהארמייה ה-30, תוקפת את הקצה הצפון מזרחי של הבליטה הגרמנית, בסיוע כוחות מהארמייה ה-22, במטרה לכבוש את אזור אולינינו האסטרטגי.
המתקפה הסובייטית השנייה נפתחה ב-11 בדצמבר. הכוחות הגרמניים בבליטת רז'ב, שקיבלו אף הם תגבורות חזקות והיו ערוכים היטב למגננה, לא התקשו לבלום את המתקפה הסובייטית החדשה. הארמיות ה-20 וה-29 המתוגברות לא הצליחו להבקיע את מערך ההגנה הגרמני בגזרתם, וספגו אבדות כבדות. בשלב ראשון תקפו דיוויזיות הרובאים בסיוע צמוד של בריגדות טנקים עצמאיות את החזית הגרמנית. מכיוון שהמתקפה נתקעה כבר בראשיתה, הטיל הפיקוד הסובייטי למערכה את קורפוס הטנקים ה-5 ולאחר מכן גם את קורפוס הטנקים ה-6 (האחרון שוקם באופן חלקי, וכלל כ-100 טנקים). המאמץ הסובייטי העיקרי התמקד בגזרה צרה ברוחב 4 ק"מ בלבד. לאחר 3 ימים של התקפות והתקפות נגד, במהלכן עברה השליטה על נקודות מפתח מסוימות מיד ליד מספר פעמים, נשברה המתקפה הסובייטית, לאחר שהכוחות התוקפים ספגו למעלה מעשרת אלפים נפגעים ואיבדו מאות טנקים. ב-18 בדצמבר הורה ז'וקוב לבסוף לחזית המערבית להפסיק את המתקפה, ובכך הודה למעשה בכישלון "מבצע מארס", אם כי הארמייה ה-39 מחזית קלינין המשיכה את המתקפה בגזרתה עד ל-23 בדצמבר. בדו"ח שהגיש מטה הארמייה ה-20 לאחר סיום המבצע נכתב, שבמהלך הלחימה הסבו יחידות הארמייה לגרמנים למעלה מעשרת אלפים הרוגים, והשמידו או לקחו שלל 185 טנקים ו-271 קני ארטילריה. גם בגזרת חזית קלינין לא נחלה המתקפה הסובייטית המחודשת הישגים משמעותיים.
בספר זכרונותיו, גאורגי ז'וקוב נמנע מלהזכיר את השלב הראשון של המתקפה הסובייטית (25 בנובמבר - 30 בנובמבר) על בליטת רז'ב. הוא מתייחס בקצרה רק לשלב השני של המתקפה, שהחל ב-11 בדצמבר. ז'וקוב מטיל בספרו את האחריות העיקרית לכישלון "מבצע מארס" על פיקוד החזית המערבית (כלומר על איבן קונייב, מפקד החזית, שמערכת היחסים בינו לבין ז'וקוב במהלך המלחמה התאפיינה ביריבות אישית מרה), שלטענתו לא הכין כראוי את המתקפה בגזרתו.
סיכום ולקחים.
אין מחלוקת על העובדה, ש"מבצע מארס" היה כישלון סובייטי עקוב מדם, שלא הניב הישגים משמעותיים בשטח. הוויכוח מתמקד בשאלה מה היה היעד העיקרי של המבצע. גאורגי ז'וקוב ומרבית המקורות הסובייטיים והרוסיים טוענים, שהמתקפה הסובייטית על בליטת רז'ב הייתה מתקפה משנית בעלת יעדים מוגבלים, שמטרתה העיקרית היה ריתוק כוחות קבוצת ארמיות מרכז, בעוד המתקפה העיקרית מונחתת בחזית הדרומית. דייוויד גלנץ טוען, שמבצע מארס תוכנן כשלב ראשון של מתקפה אסטרטגית סובייטית, שנועדה להתבצע במקביל למתקפת הנגד באזור סטלינגרד. מתקפה שנועדה לכתר ולהשמיד חלק גדול מכוחות קבוצת ארמיות מרכז ממזרח לסמולנסק, לכבוש מחדש את בליטת רז'ב-ויאזמה כולה ולבטל את האיום הגרמני על מוסקבה.
קשה לתת תשובה חד-משמעית לשאלה זו, אך מניתוח הנתונים הקיימים ניתן להסיק, שהמקורות הסובייטים קרובים יותר לאמת. נכון אמנם, שריכוז הכוחות הסובייטים באזור מוסקבה היה גדול יותר מאשר ריכוז הכוחות באזור סטלינגרד, אולם ניתן להסביר זאת בחששה של ההנהגה הסובייטית מפני אפשרות חידוש המתקפה הגרמנית על הבירה הסובייטית (חשש שהמשיך להתקיים לפחות עד לקיץ 1943). הכוחות הסובייטיים שהשתתפו באופן פעיל ב"מבצע מארס" היו מצומצמים יחסית, העתודות המשוריינות שהוקצו לסייע למבצע לא היו גדולות, וגם היעדים הקרקעיים של המבצע היו מצומצמים למדי. סביר להניח, שלפחות אחרי כישלון המתקפה הראשונה על בליטת רז'ב, המטרה העיקרית של המשך הפעולות ההתקפיות בגזרה זו, הייתה ריתוק כוחות קבוצת ארמיות מרכז. הצלחת מתקפת הנגד הסובייטית באזור סטלינגרד, במקביל לכישלון המתקפה הראשונה על בליטת רז'ב (25 בנובמבר - 30 בנובמבר) גרמו לפיקוד העליון הסובייטי להפנות את מרבית עתודותיו דרומה, כדי לחזק את טבעת הכיתור סביב הכוחות הגרמניים שנלכדו בכיס סטלינגרד, ולנצל את ההצלחה להמשך המתקפה באזור הדון, במטרה לנתק ולכתר את קבוצת ארמיות A הגרמנית בקווקז. עתודות הסטאבקה לא היו גדולות מספיק לנהל במקביל שתי מתקפות אסטרטגיות.
אם נקבל את ההנחה, שמטרתו העיקרית של "מבצע מארס" הייתה למנוע משלוח תגבורות מקבוצת ארמיות מרכז לאזור סטלינגרד, אפשר לומר שהוא השיג את מטרתו, אם כי במחיר אבדות כבדות. המתקפה על בליטת רז'ב הצליחה לרתק כ-30 דיוויזיות גרמניות, ולא איפשרה לפיקוד הגרמני להעביר כוחות משמעותיים מקבוצת ארמיות מרכז לדרום רוסיה, כדי לטפל במשבר שנוצר באזור סטלינגרד והדון. כתוצאה מכך נאלץ הפיקוד הגרמני להסתמך בעיקר על עתודותיו במערב אירופה כדי לתגבר את כוחותיו באזור, עובדה שגרמה לעיכוב ממושך בהגעת התגבורות הגרמניות לחזית הדרום. עם זאת, אין ספק שסטלין והסטאבקה רצו מאוד לכבוש מחדש את מרחב רז'ב-סיצ'בקה-ביילי, כדי להרחיק את האיום הגרמני ממוסקבה, ונכשלו בהשגת מטרה זו.
ניתן להצביע על שתי סיבות עיקריות לכישלונו של מבצע מארס:
בחורף 1942/43 עדיין לא היה לפיקוד הסובייטי ניסיון בניהול פעולות התקפיות רחבות היקף, ורמתו המקצועית של הצבא הסובייטי עדיין הייתה רחוקה מזו של הצבא הגרמני. הצלחת המתקפות הסובייטיות באזור סטלינגרד והדון נבעה במידה רבה מהעובדה, שחלק גדול מכוחות הציר באזור, הורכבו מיחידות מצבאות גרורותיה של גרמניה הנאצית (רומניה, איטליה והונגריה). באזור מבלט רז'ב, לעומת זאת, לא היו יחידות לא גרמניות, ולרשות פיקוד קבוצת ארמיות מרכז עמדו עתודות ניידות חזקות, שסייעו לבלימת המתקפה הסובייטית. במהלך מבצע מארס תקפו יחידות סובייטיות שוב ושוב עמדות גרמניות מבוצרות, מבלי לנסות לתמרן ולאתר את נקודות התורפה במערך ההגנה הגרמני. יחידות הרגלים הסובייטיות התקדמו בדרך כלל בגלים, מבלי להתפרס ולנצל את תוואי הקרקע, ולכן ספגו אבדות כבדות מאש המגינים הגרמנים. הכוחות הסובייטיים, שהשתתפו במתקפה על בליטת רז'ב, כללו לפחות 1600 טנקים, אך במקום לרכז אותם במסגרת אגרופי שריון, יותר ממחציתם הוקצו לספק סיוע צמוד לדיוויזיות הרובאים, במסגרת בריגדות ורגימנטים עצמאיים של טנקים, ופוזרו לאורך כל החזית. אפילו ארבעת הקורפוסים המשוריינים והממוכנים, שנועדו לשמש כוח לניצול ההצלחה ולחדירה עמוקה לעורף האויב, לא רוכזו בשני מאמצים התקפיים עיקריים. כתוצאה מכך, גם כאשר הצליחו הארמיות של חזית קלינין להבקיע את מערך ההגנה הגרמני, לא עמדו לרשות החזית עתודות משוריינות חזקות מספיק לצורך ניצול ההצלחה. בנוסף לכוחות הניידים שהופעלו במהלך מבצע מארס, לרשות הפיקוד הסובייטי עמדו עתודות משוריינות גדולות באזור מוסקבה, כולל ארמיית הטנקים השלישית, אך ז'וקוב נמנע מלהשתמש בהן כדי לתגבר את המתקפה כנגד בליטת רז'ב. ניתן לראות בכך אינדיקציה נוספת לחשיבות המוגבלת שייחס הפיקוד הסובייטי להצלחת המתקפה.
אבדות הצדדים היריבים.
אין בידינו הערכה מדויקת של אבדות הצבא האדום במהלך "מבצע מארס". במאמר שפרסם דייוויד גלנץ על המבצע הוא העריך את מספר הנפגעים הסובייטיים בקרוב לחצי מיליון איש. בספר שהוא כתב על המבצע הוא נקב במספר 335 אלף נפגעים סובייטיים, מתוכם כ-100 אלף הרוגים ונעדרים. אולם הוא כותב, שמדובר בהערכה בלבד, המבוססת על מספר האבדות הכולל של שתי החזיתות הסובייטיות שהשתתפו במבצע במהלך שנת 1942, ושאין לו נתונים מדויקים על מספר הנפגעים הסובייטיים במהלך המבצע.בנוסף, הערכת האבדות שלו מבוססת בחלקה על מקורות גרמניים (דיווחים שהעבירו היחידות הגרמניות, שהשתתפו בלחימה, למטה הארמייה התשיעית).