На протяжении всего 1942 года во главе армии Лелюшенко участвовал в Ржевской битве. В январе—апреле 1942 года армия вела тяжелые наступательные бои в первой Ржевско-Вяземской наступательной операции. В ходе Ржевско-Сычёвской наступательной операции в июле—октябре 1942 года армия под командованием Лелюшенко с большим трудом «прогрызала» немецкую оборону, медленно продвигаясь к Ржеву. Хотя ей удалось прорвать первый рубеж обороны, но а дальнейших боях войска понесли серьёзные потери и не смогли выполнить поставленной боевой задачи. Ржев не был взят, хотя части армии вышли к его окраине и в ходе яростного штурма несколько раз врывались в город, но каждый раз были отброшены противником.