Для усиления обороны в короткие сроки дивизии были приданы два дивизиона артиллерии, армейские саперы, а по мере выхода из окружения бойцов различных частей они также передавались в состав дивизии.
Дивизии 34-й армии с утра 15 сентября пытались наступать в восточном направлении, но результата практически не достигли. Относительным успехом можно считать только освобождение 259-й дивизией деревни Крупней. В свою очередь немцы развивали наступление на Холмы, Большое и Малое Замошье. В результате боя 33-я дивизия оставила Малое Замошье, а на остальных участках позиции удалось удержать. Ни о каких результатах утреннего наступления не приходилось и говорить.
11-я армия проводила перегруппировку — 254-я дивизия сдала свой участок обороны бойцам 202-й дивизии, переместилась южнее и, получив 1000 человек пополнения, в три часа дня атаковала немцев в направлении Сухой Нивы. Уже через час деревня была взята 929-м полком.
Атаки 84-й дивизии на Лычково снова не принесли никакого результата. Боевые потери составили 49 убитых, 387 раненых. Потеряно 8 танков, в том числе 5 «КВ».
С утра 16 сентября немцы из 46-го пехотного полка 30-й дивизии пытались атаковать позиции 202-й дивизии от Кневиц на Боженку, но были отбиты. Из района Ямник немцы пытались атаковать 46-й стрелковый полк, но также были отбиты. После обеда 84-я дивизия сама атаковала немцев, но также без результата. Бойцы 254-й дивизии также перешли в наступление в направлении Ерушкова и Кирилловщины, Липняги и Уполозы. Ее соседу слева, 262-й дивизии, к вечеру удалось подойти к восточной окраине Кирилловщины, но взять деревню также не получалось. Эти атаки должны были способствовать обеспечению выхода частей, окруженных западнее Демянска.
Отразив утренние атаки противника, 245-я дивизия сама перешла в наступление на Хилково.
23-я дивизия в течение дня отразила несколько атак противника из Дунаевщины на Велье и сама неоднократно переходила в контратаки левым флангом. Дунаевщина в течение дня несколько раз переходила из рук в руки. Уже вечером, подтянув дополнительные силы пехоты и танки, немцы снова ударили на Велье и овладели ее южной частью. Остатки дивизии были вынуждены переправиться на восточный берег озера, оставив в деревне только отряд прикрытия. В течение ночи и утра штаб армии пытался наладить связь с дивизией, выслал на место члена Военного совета армии, начальника артиллерии и офицеров штаба.
В этот день из окружения в районе Красуха в 25 километрах севернее Осташкова вышла группа под командованием генерал-майора Попова в количестве 900 человек из состава 181-й, 25-й и 54-й дивизий. В район Большого Русского вышли остатки 25-й дивизии вместе с ее командиром комбригом Гусевым, а в район озера Тихмень вышли 363 человека с лошадьми из состава 54-й дивизии. Мелкие группы из состава 181-й дивизии, вооруженные только легким стрелковым оружием, выходили в район озера Селигер и Каменника.
К 17 сентября немцы передовыми подразделениями вышли к основной укрепленной полосе на участке Городилово — Полново — Селигер. Дальнейшие атаки немцев результата не дали — наши части устойчиво обороняли свои позиции и контратаковали противника. Оборона, опирающаяся на систему озер, обещала стать новым устойчивым рубежом.
С 17 сентября атаки немцев прекратились, наступление окончательно заглохло. Выйти на коммуникации СевероЗападного фронта противнику так и не удалось — до шоссе Москва — Ленинград он так и не дошел, застряв в болотах Приильменской низменности.
Кроме того, главное командование сухопутных сил Германии приказало до 24 сентября незамедлительно вернуть 19-ю и 20-ю танковые дивизии группе армий «Центр». 123-я пехотная дивизия под командованием генерал-майора Рауха сменила танковые подразделения и приняла ответственность за весь фронт на валдайском направлении.
В таких географических условиях вермахт не смог реализовать техническое превосходство в танках и моторизованных соединениях. На этом участке линия фронта окончательно стабилизировалась и дальше противник продвинуться уже не смог. Части и соединения фронта занимали следующие рубежи:
