Nel novembre 1942 Katukov guidò il suo potente 3º Corpo meccanizzato (di cui faceva parte anche la sua vecchia 1ª Brigata corazzata della Guardia) in un nuovo tentativo di offensiva strategica sul fronte di Ržev, l'Operazione Marte; il corpo meccanizzato, equipaggiato con oltre 200 carri, sferrò un difficile attacco lungo la valle della Lučesa e ottenne uno sfondamento iniziale. Katukov lanciò in profondità i suoi carri e sembrò avere successo, ma le riserve tedesche contrattaccarono e riuscirono ad arginare l'avanzata infliggendo pesanti perdite; il generale tuttavia riuscì ad evitare la disfatta e mantenne il controllo della situazione senza farsi accerchiare come accadde al 1º Corpo meccanizzato più a sud, ma l'offensiva si concluse con un nuovo fallimento.