С 18 февраля по 1 марта 1944 года войска 2-го Прибалтийского фронта проводили во взаимодействии с частью сил Ленинградского фронта Старорусско-Новоржевскую наступательную операцию в рамках Ленинградско-Новгородской стратегической наступательной операции с целью освобождения юго-западной части Ленинградской области, западной части Калининской области и создания предпосылок для дальнейшего наступления в Прибалтику.
К середине февраля создалась благоприятная обстановка для наступления войск 2-го Прибалтийского фронта против 16-й немецкой армии. Успешное наступление войск Ленинградского фронта на Псков и Остров создало реальную угрозу левому флангу и тылу 16-й армии. Под угрозой окружения, прежде всего, оказались 2-й армейский корпус, занимавший оборону в районе Холма, и 10-й армейский корпус в районе Старой Руссы. Согласно плану операции главный удар 2-й Прибалтийский фронт должен был нанести силами 3-й ударной и 10-й гвардейской армий, а 1-й ударной и 22-я армиям ставилась задача сковать силы противника на второстепенных участках. Командование Группой армий «Север» сумело предугадать планы советской стороны. В сложившихся обстоятельствах 17 февраля В. Модель отдал приказ 16-й армии начать отвод войск на линию «Пантера». Советское командование, не ожидало такого развития событий. Обнаружив с опозданием начавшийся отход частей противника, советские войска были вынуждены начать наступление раньше намеченного срока.
Наступающая группировка советских войск в своем составе имела 1-ю и 3-ю ударные армии, 22-ю армию, 10-ю гвардейскую армию и 15-ю воздушную армию. Им противостояла 16-я немецкая армия и 1-й воздушный флот.
Общий ход операции, 14 января — 1 марта 1944 г.
18 февраля части 1-й ударной армии начали преследование 10-го немецкого армейского корпуса, практически не встречая сопротивления, и в тот же день освободили Старую Руссу. К 20 февраля, продвинувшись вперёд на 20-25 километров части 1-й ударной армии установили локтевую связь с 54-й армией Ленинградского фронта. Войска 8-й армии Ленинградского фронта попытались частью сил, наступая из района Шимска, нанести удар встык между флангами 16-й и 18-й армиями с целью разорвать связь между ними. Однако, немецкие войска, прикрывая свой отход сильными арьергардными отрядами, сумели организовано отступить от озера Ильмень и сохранить общий фронт двух армий.
Через день после начала наступления 1-й ударной армии, атаковали противника и части 22-й армии. Юго-западнее Холма из района Авиново — Игнатово в наступление перешёл 44-й стрелковый корпус с задачей прорвать оборону противника и, развивая наступление на север, перерезать коммуникации 10-го армейского корпуса противника, отступающего от Старой Руссы. Немецкие дивизии 2-го и 43-го армейских корпусов, которые ещё не начали отступление, оказывали ожесточённое сопротивление частям 22-й армии, стараясь прикрыть фланг 10-го армейского корпуса. Только за несколько дней ожесточённых боёв соединения 44-го стрелкового корпуса сумели преодолеть оборону 218-й и 331-й пехотных дивизий противника и к 21 февраля, развивая наступление, порезали шоссе Холм — Локня. В тот же день части 26-й стрелковой дивизии 22-й армии освободили город Холм. В сложившейся ситуации немецкие части 2-го и 43-го армейских корпусов были вынуждены начать спешное отступление на запад к промежуточной линии обороны вдоль железной дороги Дно — Насва.
Отступление одной из частей Группы армий «Север».
Ключевым пунктом этой линии обороны были город и важнейший железнодорожный узел Дно, для защиты которого немецкое командование сосредоточило значительные силы — части 8-й егерской, 21-й авиаполевой, 30-й пехотной дивизий и 2 охранных полка. 23 февраля соединения 14-го гвардейского стрелкового корпуса 1-й ударной армии вышли на подступы к городу. Одновременно к Дно подошли части 111-го стрелкового корпуса из состава 54-й армии Ленинградского фронта. Однако, предпринятый в тот же день штурм города закончился неудачей и только 24 февраля город Дно был освобождён советскими войсками. Продолжая наступление в юго-западном направлении, части 1-й ударной, 22-й и 54-й армий 25 февраля взяли Дедовичи, форсировали Шелонь и продвинулись вперёд на 10-20 километров на всем участке фронта. Развивая наступление, советские войска освободили Бежаницы, Локню, Сущёво, Маево, Забелье и многие другие населённые пункты.
В то же время к наступление присоединились частью сил 10-я гвардейская и 3-я ударная армии. В ночь с 26 на 27 февраля внезапной атакой части 7-го гвардейского стрелкового корпуса, нанося удар на правом фланге 10-й гвардейской армии, прорвали оборону противника и к концу дня, продвинувшись вперёд на 26 километров, освободили город Пустошку. Однако развить успех не удалось. Немецкие части заняли оборону западнее Пустошки на заранее подготовленном рубеже с развитой системой опорных пунктов, прикрытых проволочными заграждениями и минными полями. Наступление же 79-го стрелкового корпуса из состава 3-й ударной армии не достигло даже локальных успехов из-за ожесточённого сопротивления 329-й ненемецкой пехотной дивизии.
Несмотря на отсутствие значительных успехов наступления на левом фланге фронта, к 26 февраля совместными действиями 10-я гвардейская, 3-я ударная и 22-я армии вынудили отступить дивизии немецкого 43-го армейского корпуса и полностью взяли под контроль железные дороги Дно — Новосокольники и Новосокольники — Маево — Забелье.
К началу марта 1944 года войска 2-го Прибалтийского фронта вышли к линии «Пантера». Всего во второй половине февраля 1-я ударная армия продвинулась вперёд на 180 километров от Старой Руссы до реки Великой, 22-я армия — на 125 километров от Холма до Новоржева, а части 10-й гвардейской и 3-й ударной армии — на 30 километров от Маево до Пустошки. Однако немецкие войска 16-й армии, сумев вывести из-под удара большую часть живой силы и техники, заняли прочную оборону на рубеже Остров — Пушкинские Горы — Идрица и остановили дальнейшее продвижение советских армий.
20 апреля 1944 года Государственный комитет обороны своим постановлением подверг резкой критике командование 2-го Прибалтийского фронта, возложив на него ответственность за неудачные действия как в Старорусско-Новоржевской, так и в ряде других операций. Командующий фронтом генерал армии М. М. Попов и член Военного совета фронта генерал-лейтенант Н. А. Булганин были сняты с занимаемых должностей. Кроме того, М. М. Попов был понижен в звании до генерала-полковника.
См. также: Фото | СССР. Холм во время войны