Пробивавшиеся из окружения немецкие части разделились на три группы. Первая включала части 57, 68-й и 323-й пехотных дивизий под руководством генерала Фридриха Зиберта (командира 57-й дивизии). Численность этой группы составляла около 6–8 тыс. человек. Вторая группа состояла из остатков 75, 340, 377-й немецких, 6-й и 9-й венгерских дивизий и насчитывала 8– 10 тыс. человек. Она возглавлялась генералом Гельмутом Бёкеманом, командиром 75-й пехотной дивизии. Наконец, третья группа, так называемая группа Гольвитцера, включала остатки 88-й и 26-й пехотных дивизий и управление VII армейского корпуса. Фридрих Гольвитцер был командиром 88-й пехотной дивизии. Группы Зиберта и Бёкемана пробивались из района Горшечного строго на запад, а группа Гольвитцера — на юго-запад через Старый Оскол. На путях отхода немецких войск к тому моменту остались только два полка 25-й гвардейской стрелковой дивизии и 102-я танковая бригада 4-го танкового корпуса.
На завершающей фазе Воронежско-Касторненской операции войскам 38-й и 60-й армий Воронежского фронта требовалось выполнить довольно замысловатый маневр. 38-я армия Н.Е.Чибисова должна была с восточного и северного фронтов окружения выдвинуться на западную границу «котла» и перехватить пути отхода противника. Две стрелковые дивизии армии — 240-я и 167-я должны были образовать внешний фронт окружения в районе города Тим. В сущности, армия Н.Е.Чибисова должна была обогнать отступающие налегке, без тяжелого вооружения немецкие части и занять оборону на пути их отхода. В свою очередь, 60-я армия И.Д.Черняховского, пересекая маршруты движения соединений 38-й армии, смыкала фланг с 13-й армией Брянского фронта с целью наступления на Курск.
В течение первых дней февраля развернулось сражение между войсками 38-й армии, частью сил 40-й армии и группами Зиберта, Гольвитцера и Бёкемана. По заснеженным дорогам в метель и жестокий мороз шагали группы пехотинцев. Одни были побежденными, стремившимися во что бы то ни стало вырваться из ада окружения. Вторые были победителями, спешившими закрыть покрепче западню и развивать наступление дальше на запад. Три группы немецких окруженцев двигались веером, стремясь нащупать «окно» в строящемся на их пути заслоне из стрелковых дивизий. С востока они прикрывались арьергардами. «Котел» окружения постепенно смещался на запад. Уже 5 февраля 129-я стрелковая бригада вновь овладела Горшечным, выбив из него арьергард группы Зиберта.
Тем временем перераспределение основных сил на внешний фронт окружения позволяло 40-й и 60-й армиям быстрыми темпами наступать на запад. К исходу 8 февраля войска 60-й армии, продвинувшись с рубежа реки Тим на 80 км, овладели крупным узлом обороны противника и крупным железнодорожным узлом — городом Курском. Войска 40-й армии, продвинувшись на 90 км, завязали бои за Белгород и к 9 февраля полностью очистили его от противника.
К 10 февраля снежный буран прекратился. Пробивающиеся из окружения остатки немецких и венгерских дивизий нащупали направление отхода на запад. Войска 38-й армии перекатывались через «котел» с севера, перекрывая выход на северо-запад и запад. Пробиться удалось только группе Гольвитцера на юго-запад, сбив относительно слабые заслоны на стыке 38-й и 40-й армий. В пробитое «окно» стали втягиваться одна за другой все три группы окруженных. Впереди двигалась группа Гольвитцера, за ней группа Зиберта, и, наконец, замыкала шествие группа Бёкемана. Транспортная авиация противника сбрасывала на дорогу отходившим немецким войскам боеприпасы и продовольствие. Воспрепятствовать этому авиация Воронежского фронта не могла, т. к. занималась преимущественно поддержкой наступления на воронежском и курском направлениях. Ударом с севера 12 февраля силами 240-й стрелковой дивизии удалось отрезать и почти полностью уничтожить только группу Бёкемана. Группы Гольвитцера и Зиберта пробились из окружения в район Обояни и в течение последующих дней приводили себя в порядок, пополнив гарнизон города.
Преследуя пробившиеся из окружения остатки немецких войск, 38-я армия к 16 февраля вышла к Обояни и охватила город с трех сторон. В ночь на 18 февраля под угрозой окружения гарнизон Обояни покинул город, взорвав мост через Псел. Войска 38-й армии продолжили продвижение на восток, занимая районы, которые вскоре получат название Курской дуги.
