Кроме того, для штурма города была развернута армейская артиллерийская группа в составе двух пушечных артиллерийских дивизионов (18 орудий) и девяти дивизионов «катюш». Всего же артиллерийская группировка войск, предназначенных для захвата города, насчитывала 566 орудий и минометов.
Таким образом, при штурме Великих Лук советские войска превосходили немецкие по личному составу примерно в 5–6 раз, по танкам — в 2,5 раза, по количеству орудий и минометов — не менее чем в 5 раз. Наступать, по теории военного искусства, при таком соотношении сил и средств было вполне возможно.
Перед началом наступления пехоты и танков было решено в течение 2 часов и 15 минут провести артиллерийскую подготовку и бомбовый удар авиацией с воздуха. Наступление войск — поддерживать штурмовой авиацией. Наступление вести штурмовыми группами, в состав которых должны были входить танки.
Но планы советского командования из-за сплошного тумана пришлось изменить и перенести начало наступления на 13 декабря. Но и утро 13 декабря также выдалось туманным. Но на этот раз наступление решили не откладывать.
В 12 часов начался заключительный мощный огневой налет всей артиллерии, после чего она перенесла огонь в глубину обороны противника. В атаку двинулись танки, каждый из которых тащил за собой прицеп с десантом (тяжелые сани с устроенными на них двойными деревянными щитами, между которыми плотно были набиты камни и песок). В санях за щитами, которые защищали от пуль, осколков снарядов и мин, прятались пехотинцы и пулеметчики. За танками двинулись вперед штурмовые отряды, затем главные силы атакующих батальонов.
Сначала атакующие двигались быстро. Но вскоре, в связи с усилившимся ответным огнем противника, продвижение замедлилось. Тут же выяснилось, что в результате проведенной артиллерийской подготовки не удалось полностью разрушить оборонительные сооружения немцев, состоявшие из проволочных заграждений, минных полей, рвов и эскарпов, дзотов и блиндажей. Часть из них приходилось брать штурмом уже после подхода штурмовых групп.
Когда наступающие достигли города и завязали уличные бои, темпы продвижения советских войск еще более уменьшились. Кроме штурмовых отрядов пришлось вводить в бой и стрелковые роты. Бой шел на каждой улице, практически за каждый дом. Немцам удалось подбить несколько танков. Местами они даже переходили в контратаки, усиленные танками. Выбитые из зданий, немцы тут же занимали оборону в траншеях, которыми они заранее изрыли весь город и которые служили для них укрытиями и ходами сообщения. Было немало случаев, когда одни и те же объекты по несколько раз переходили из рук в руки. Вспыхивали рукопашные схватки, в ход шли штыки и ручные гранаты.
