Атака стрелковых дивизий, следовавших в первом эшелоне 3-й танковой армии, была отбита немцами, но ввод в бой трехсот танков 12-го и 15-го корпусов резко изменил обстановку. К вечеру танкисты продвинулись на 12 – 23 км, разгромив в районе Жилина штабы 24-го танкового корпуса, 385-й и 387-й пехотных дивизий, и с утра 15 января развернули наступление в северном и северо-западном направлениях. 106-я танковая бригада ворвалась в Россошь, к крайнему удивлению обосновавшегося в городе и ни о чем не подозревавшего штаба Альпийского корпуса.
7-й кавалерийский корпус взял курс на Ровеньки, Валуйки.
16 января 12-й танковый корпус почти беспрепятственно продвигался в глубокий тыл итальянских войск и частей 24-го танкового корпуса, отступавших за реку Черная Калитва. 15-й танковый корпус стремительным броском овладел Ольховаткой и выходил к Алекссевке с юга.
17 января левофланговые дивизии армии Москаленко достигли района Острогожска, где встретились с частями 18-го стрелкового корпуса, а к исходу 18 января 305-я стрелковая дивизия 40-й армии и 15-й танковый корпус соединились в районе Иловайское – Алексеевка. «Котел» замкнулся. К этому времени 12-й танковый корпус вышел в район Карпенково и установил связь с пехотой генерала Зыкова, расчленив окруженную группировку противника на две части.
Одновременно создавался внешний фронт окружения. На севере он был образован правофланговыми соединениями 40-й армии, на юге – 7-м кавалерийским корпусом, соединения которого 19 января овладели важным железнодорожным узлом Валуйки, захватив в неприкосновенности богатые продовольственные склады. К этому времени 6-я армия, отбрасывая арьергарды противника, вышла на реку Айдар.
Войска гитлеровских сателлитов, менее мобильные и хуже подготовленные, оказались не способны ничего противопоставить этому натиску: «Дивизии союзников были оснащены слабее немецких, особенно им недоставало противотанкового оружия. Их артиллерия не имела современных тяжелых систем, как немецкая или русская, а недостаточное количество средств связи и плохая подготовка не позволяли им осуществлять внезапное массирование огня... Румыны, итальянцы и венгры вели бой главным образом живой силой, и в борьбе против русских их ресурсы быстро таяли». Между тем советские генералы, целенаправленно нанося удары по «слабым звеньям», постарались сполна использовать весь оплаченный большой кровью опыт. Танковые соединения устремлялись в прорыв и, обходя опорные пункты, преодолевали по 50 – 70 километров в день. За ними следовали стрелковые дивизии, закреплявшие успех. На флангах немедленно выставлялись истребительные и противотанковые бригады. Артиллерия, по воспоминаниям Москаленко, работала выше всяких похвал, действуя синхронно с пехотой и танками: «Примерно треть артиллерии, находясь в боевых порядках позади пехотных цепей, сопровождала атаку пехоты и танков. Она уничтожала противотанковые средства противника и огневые точки, мешавшие продвижению