В то время как на железнодорожном направлении врагу удалось добиться некоторых успехов, советские войска со своей стороны нанесли белогвардейцам ряд ударов на северодвинском направлении. В течение сентября части 6-й армии очистили от противника район Усть-Ваги и освободили Двинский Березник. К середине октября передовые части заняли позиции по обоим берегам Северной Двины в районе деревень Почтовая и Якимовская, примерно в 60 километрах севернее устья Ваги. Флотилия противника в это время отходила вниз по Северной Двине, почти не оказывая сопротивления. Но все-таки сухопутным красноармейским частям требовалась поддержка своей флотилии: без ее помощи было невозможно прорвать сильно укрепленные позиции белых на реке Шипилихе (около 10 километров севернее деревни Почтовой). Между тем суда советской флотилии значительно отстали от сухопутных войск. Задержка движения флотилии произошла из-за минных заграждений в фарватере реки. В конце сентября на минах подорвались три советских тральщика — «Белогор», «Посыльный» и «Удачный». Флотилии предстояла большая работа по очистке реки от мин. Но еще до завершения этих работ на помощь советским войскам к шипилихинскому рубежу удалось провести две плавучие батареи. Начиная с 14 октября, в течение трех дней батареи обстреливали вражеские позиции, причиняя им большие разрушения. Одновременно несколько атак предприняли сухопутные войска. Но успеха эти действия не имели. Советская пехота вынуждена была отойти на свои прежние рубежи — к деревне Моржегорской на левом берегу Северной Двины и к Якимовской — на правом берегу. Флотилия из-за наступивших холодов и снегопада отошла на зимовку в Котлас. Советские войска, таким образом, после значительного продвижения на север вдоль Северной Двины, вынуждены были теперь прекратить наступление.
Весьма активные боевые действия развернулись осенью и на мурманском участке фронта. Белогвардейское командование стремилось к полному охвату Онежского озера и к овладению Петрозаводском. Противник намеревался осуществить это силами войск, действовавших вдоль Мурманской железной дороги, флотилии на Онежском озере и гидроавиации. Еще в августе белогвардейцам удалось захватить полуостров Заонежье и продвинуться вдоль восточного побережья Онежского озера. Гидросамолеты врага совершали налеты на Петрозаводск. Частям советской 1-й дивизии приходилось вести упорные оборонительные бон в районе Мурманской железной дороги, отбивая многочисленные атаки противника. Большую активность враг проявлял здесь в октябре, в период второго наступления Юденича на Петроград.
Советские войска, сражавшиеся на мурманском участке, наносили врагу крепкие ответные удары. В осенних боях 1919 года умело действовала советская Онежская флотилия. В середине сентября отряд судов флотилии высадил десант на острове Климецком и поддержал огнем своей артиллерии наступление десантников. В результате остров был освобожден от врага. Гидроавиация противника несколько раз пыталась атаковать корабли Онежской флотилии, но советские артиллеристы успешно отгоняли прочь вражеские самолеты.
Наиболее крупный успех был достигнут Онежской флотилией в результате так называемой лижемской операции. Утром 25 сентября отряд кораблей в составе эсминца «Сторожевой», двух заградителей («Яуза» и «Березина»), плавучей батареи, шести канонерских лодок, а также нескольких катеров, транспортных, сторожевых и буксирных судов вошел в Лижемскую губу, чтобы высадить десант в тылу противника, захватившего станцию Лижма. Руководил операцией командующий Онежской флотилией Э. С. Панцержанский. После кратковременного, но сильного обстрела побережья советские суда высадили десант. Растерявшийся противник на первых порах не оказывал почти никакого сопротивления. Правда, вражеский бронепоезд, находившийся на станции, дал несколько орудийных выстрелов, а гидросамолеты противника обстреляли десант из пулеметов и сбросили на него бомбы. Но это не могло остановить советских воинов. Десант начал быстро расширять захваченный плацдарм. Вскоре он получил подкрепления. Удар по тылу вражеских войск, наступавших на Петрозаводск, парализовал действия противника.
Дальнейшие операции Онежской флотилии, развернувшиеся в октябре, были направлены на то, чтобы уничтожить флотилию и береговые батареи противника, высадить десант в район станции Медвежья Гора и освободить с его помощью город Повенец. Эти задачи были выполнены не полностью. Советскому десанту не удалось освободить Медвежью Гору и Повенец. Но береговые батареи белых были обезврежены, а вражеская флотилия фактически прекратила свое существование: часть кораблей белогвардейцы взорвали и потопили, часть же — различные мелкие суда — вывезли по железной дороге в глубокий тыл. Это был лишь частичный успех Красной Армии и Флота, но он сыграл важную роль в освобождении Севера: позиции врага на мурманском направлении были значительно ослаблены.
Осенью 1919 года активные боевые действия происходили и на некоторых второстепенных участках фронта на Севере. В частности, в ноябре белогвардейские отряды, действовавшие в районе реки Вычегды, совершили налет на Яренск и Усть-Сысольск (Сыктывкар) и захватили их. Но уже в начале декабря белогвардейские банды были разбиты и отброшены и от Яренска и от Усть-Сысольска. Эту операцию провели части 54-й стрелковой дивизии и отряд моряков Северодвинской флотилии под командованием И. А. Мякишева. В ней приняли участие также местные партизаны и коммунисты.
В целом осенние операции на Севере не привели к существенному изменению обстановки на фронте. Правда, эвакуация интервентов ухудшила положение белых войск, но, с другой стороны, и советская 6-я армия не могла добиться решительных успехов, так как сил у нее для этого не хватало. Исключительно напряженная обстановка, которая создалась на важнейших фронтах Республики осенью 1919 года, не давала возможности советскому командованию укрепить 6-ю армию настолько, чтобы она могла немедленно покончить с контрреволюцией на Севере.
В январе 1920 года, когда уже определился успех Красной Армии на основных фронтах гражданской войны, советское командование поставило перед войсками 6-й армии задачу выйти на побережье Белого моря, освободить Архангельск и Онегу, а также, овладев Мурманской железной дорогой, очистить от врага Мурманск. 6-я армия была укреплена. На северные направления были переброшены пополнения из Петроградской революционной армии труда (бывшая 7-я армия). В состав регулярных войск Красной Армии влились многие отряды партизан Севера. Упорядочилось снабжение оружием, продовольствием, одеждой. Укрепились партийные организации 6-й армий, благодаря чему улучшилось морально-политическое состояние ее частей. В сентябре 1919 года коммунистические организации армии насчитывали 834 члена партии, 264 кандидата и несколько сот сочувствующих. На каждые 26 бойцов в армии приходился один коммунист. В ноябре, после «партийной недели», проведенной по указанию ЦК РКП(б), партийный состав армии значительно увеличился. 13 частях и соединениях армии было уже 3595 членов партии, 392 кандидата и 2241 сочувствующий».
Рост партийных рядов в 6-й армии явился верным залогом ее стойкости и высокого боевого духа.
Численное соотношение сил на Севере к началу наступления Красной Армии оставалось еще в пользу противника. На архангельском направлении против 15 945 штыков и сабель советской 6-й армии белые имели 17 410 штыков и сабель. На мурманском направлении против 5670 штыков и сабель советских войск у противника было 6150 штыков и сабель. Но некоторое численное превосходство врага не могло уже иметь существенного значения. Белогвардейское командование во главе с Миллером пребывало в глубоком унынии и растерянности: надежда на Деникина и Юденича лопнула как мыльный пузырь. Было ясно, что силы контрреволюции, цеплявшиеся за Архангельск и Мурманск, долго не продержатся. Армия белых разлагалась, мобилизации местного населения давали крайне ненадежные пополнения, враждебное отношение рабочих и крестьянских масс к белогвардейцам сказывалось с каждым днем все резче и резче.
Готовившееся наступление Красной Армии должно было неизбежно ликвидировать очаг контрреволюции на севере России.
Войска 6-й армии в конце 1919—начале 1920 года были сведены в три стрелковые дивизии — 54-ю, 18-ю и 1-ю. На северодвинском, мезенском и пинежском направлениях действовала 54-я дивизия, сформированная в августе 1919 года. На железнодорожном и онежском направлениях сражалась 18-я дивизия. На мурманском участке действовала 1-я дивизия, переданная в августе 1919 года из 7-й армии.
По плану советского командования главный удар предстояло нанести силами 54-й и 18-й дивизий. Конечной целью их наступления было освобождение Архангельска. 1-я дивизия должна была подготовиться к наступлению, которое намечалось на конец февраля 1920 года.
Первой перешла в наступление 3 февраля 54-я дивизия. Несмотря на численное превосходство врага, она в течение нескольких дней освободила обширный район на северодвинском направлении. Почти одновременно началось наступление 18-й дивизии на железнодорожном направлении. Уже 19 февраля ее части при поддержке бронепоездов освободили станцию Емца. Здесь сдался в плен 6-й северный полк белогвардейцев и был захвачен бронепоезд. В этот же день советские войска атаковали Холмогоры, где большая часть белогвардейских солдат также сдалась в плен. Остатки белых войск отошли в сторону Онеги и Архангельска.
Белогвардейское правительство Северной области обратилось к Антанте с отчаянным призывом о помощи. Результатом явилась нота английского министра иностранных дел Керзона Советскому правительству. Керзон под видом заботы о мирном населении в районе военных действий требовал ни больше ни меньше, как прекращения наступательных операций 6-й армии.
Советское правительство ответило на ноту радиограммой, в которой изложило свое требование к белогвардейскому командованию передать советским войскам всю территорию русского Севера. При условии безоговорочной капитуляции всему личному составу белогвардейских войск гарантировалась жизнь, а ответственным представителям так называемого «Северного правительства» и командному составу — право свободного выезда за пределы Советской России