12 апреля командующий войсками Западного фронта отдал приказ командиру корпуса о переходе в наступление с целью прорыва на соединение с войсками 50-й армии. Но к тому времени части корпуса уже понесли значительные потери в личном составе, на исходе были боеприпасы, в тылах скопилось большое количество раненых и больных. Поэтому прорыв, который начался 14 апреля, успеха не имел.
24 мая противник сам перешел в наступление, и части корпуса начали отходить, постепенно рассеиваясь по местности. Отдельные его подразделения вступали в бои с противником, неся при этом значительные потери. Другие уходили в глубь территории, занятой врагом, в надежде соединиться с партизанами. Третьи просто всеми возможными способами уклонялись от столкновений с врагом, постоянно перемещаясь с места на место.
30 мая остатки 4-го воздушно-десантного корпуса вышли в расположение 1-го гвардейского кавалерийского корпуса генерала П.А. Белова.
Таким образом, Вяземская воздушно-десантная операция стала первым боевым опытом применения советским командованием оперативного воздушного десанта. К сожалению, он был неудачный. Генеральный штаб поставил перед десантниками непосильную задачу. Десант был высажен, не имея для этого средств и не зная оперативной обстановки и даже замысла наступательной операции Западного фронта. В результате операция не достигла поставленных целей.
Официально Ржевско-Вяземская наступательная операция завершилась 20 апреля 1942 года. В ходе ее проведения войсками Западного и Калининского фронтов были освобождены Московская, Тульская и часть Калининской области. Однако главная цель операции – разгром группы армий «Центр» – достигнута не была.
В ходе операции стороны понесли огромные потери. Группа армий «Центр» с 1 января по 30 марта потеряла более 333 тысяч человек. По записям Ф. Гальдера, «укомплектованность пехоты – 35 % от прежнего уровня». Безвозвратные потери Калининского и Западного фронтов историками оцениваются в 272,3 тысячи человек. Кроме того, эти фронты потеряли еще более 500 тысяч ранеными и больными. Однако потери непосредственно в Ржевско-Вяземской операции пока еще остаются неподсчитанными. В местах ее проведения поисковики до сих пор находят многочисленные останки советских солдат, идентифицировать которые уже невозможно.