С утра 24 декабря эти войска левого крыла Сталинградского фронта перешли в наступление с целью разгрома котельниковской группировки противника, которая в связи с уходом 6-й танковой дивизии существенно понизила свои боевые характеристики.
Главный удар наносила 2-я гвардейская армия в направлении на Котельниково с севера, 51-я армия наступала на Котельниково с северо-востока, а ее 13-й и 3-й гвардейский механизированные корпуса прорывались через фронт 4-й румынской армии для глубокого охвата группировки противника с юга.
Войска 2-й гвардейской армии, прорвав оборону врага, уже 26 декабря вышли на южный берег р. Аксай. Успешно развивалось наступление и в полосе 51-й армии.
Немецкое командование пыталось задержать наступление советских войск на подступах к Котельниково, но 27 декабря 7-й танковый корпус прорвался к западной окраине города, а на следующий день к южной окраине Котельниково выдвинулся 6-й механизированный корпус. В это же время 13-й и 3-й гвардейские механизированные корпуса, преследуя румынские войска, вышли к Шебалину и Заветному.
К утру 29 декабря советские войска ударом с нескольких направлений разгромили гарнизон немцев в Котельниково и освободили город. Остатки румынских и немецких войск поспешно отошли в западном и юго-западном направлениях.
Часть сил 2-й гвардейской армии 29 декабря переправилась у Верхне-Курмоярской на правый берег Дона и совместно с частями 5-й ударной армии повела наступление на Тормосин. Немецкое командование начало поспешный отвод своих войск и из района Тормосина.
Одновременно противник приступил к переброске на котельниковское направление частей 16-й моторизованной дивизии из-района Степного и механизированной дивизии СС «Викинг», прибывшей из 1-й танковой армии, действовавшей на Северном Кавказе.
30 декабря советские войска вышли на рубеж Тормосин, Ниж. Курман, Комиссаровский, восточнее Зимовников, Степной.
С 1 января 62, 64-я и 57-я армии, блокировавшие с востока и юга окруженную у Сталинграда вражескую группировку, были переданы в состав Донского фронта, а 5-я ударная армия — в состав Юго-Западного фронта. Сталинградский фронт в составе 2-й гвардейской, 51-й и 28-й армий был переименован в Южный фронт и получил задачу развивать наступление в общем направлении на Ростов.
В результате наступления войск Сталинградского фронта в период с 24 по 30 декабря была окончательно разгромлена и перестала существовать 4-я румынская армия, а 57-й танковый корпус немцев с большими потерями был отброшен в район Дубовское, Зимовники, то есть на удаление в 200 км от Сталинграда. Группировка противника в районе Тормосина под ударами наших войск также начала отход. Все надежды немецкого командования освободить из окружения их группировку в районе Сталинграда рухнули.
Итоги операции. Сталинград на долгие годы стал символом военной катастрофы вермахта. В последующие годы армия Третьего рейха в казавшемся бесконечным отступлении переживет немало катастроф, однако запомнится именно Сталинград как первое поражение в операции на окружение. Окружение и уничтожение армии Ф.Паулюса имело большое политическое значение.
С точки зрения стратегии поражение под Сталинградом было следствием стремления немецкого командования искать решение на южном секторе советско-германского фронта. Поход на Кавказ был задуман в одной стратегической обстановке, а реализовываться начал совсем в другой. В промежутке между замыслом и реализацией похода за кавказской нефтью было наступление Красной Армии по всему фронту, которое привело к значительном потерям. Также на центральном секторе фронта образовалась масса выступов, требовавших для своего удержания значительного количества немецких войск. Тем не менее Гитлер пошел на проведение наступления, которое увеличивало и без того протяженную линию фронта до фантастических цифр. Для удержания этого гигантского фронта потребовалось привлечь значительные силы союзников Германии, взлом обороны армий которых в конечном итоге привел к окружению армии Ф.Паулюса (катастрофа 3-й румынской армии) и преждевременному прерыванию операции по деблокаде окруженных (крушение 8-й итальянской армии на Дону).
