Утром 24 января 1943 года поднялась метель. Дороги занесло. Мороз достигал -20°. Видимость была крайне ограниченна. Начало наступления пришлось перенести на 12.00. Но и к полудню метель не унялась. Тем не менее вновь отложить атаку значило бы вообще в этот день отказаться от нее. Поэтому в 12.30, несмотря на плохую видимость, пришлось начать артиллерийскую подготовку. Она продолжалась, согласно плану, 30 минут, но ее результат был незначителен. Артиллеристы не видели целей и потому не смогли подавить большую их часть. От авиационной подготовки в условиях сильной метели пришлось отказаться.
Все это осложнило действия наступающей пехоты и танков. Пехота, приблизившаяся к переднему краю обороны противника на 300–350 м во время артиллерийской подготовки, немедленно после ее окончания, в 13.00, вместе с танками атаковала вражеские позиции. Она была встречена артиллерийским и ружейно-пулеметным огнем. По всему фронту разгорелся ожесточенный огневой бой. Однако уже час спустя советским войскам удалось на отдельных участках сломить сопротивление противника и начать продвижение вперед. Отразив контратаки немецких частей, стрелковые дивизии к концу дня вклинились в оборону противника в районе населенных пунктов Бочарово и Старо-Николаевская.
Еще успешнее действовал 4-й танковый корпус. Он сломил сопротивление частей 68-й немецкой пехотной дивизии, за два часа с боем продвинулся на 6–8 км и овладел районом Лебяжье. Далее ему предстояло наступать на село Архангельское. Снежные заносы вынудили генерала А. Г. Кравченко выбрать кратчайший путь — через населенные пункты Старомеловое и Новомеловое. Условия наступления были и здесь крайне тяжелыми. Попытки двигаться вне дорог с целью обхода населенных пунктов, хорошо приспособленных противником к круговой обороне, ни к чему не привели. Танки застревали в глубоком снегу, буксовали и расходовали большое количество горючего. Дороги также были во многих местах занесены снегом.
Несмотря на все эти трудности, корпус, посадив мотострелковую бригаду на танки, вышел к Новомеловому и Старомеловому, продвинувшись за день на 16 км. С наступлением темноты он освободил эти населенные пункты. Потери его при этом были весьма значительными, так как из-за снежных заносов бригады вводились в бой поочередно и вынуждены были действовать только вдоль дороги.
Двигаться дальше к Горшечному кратчайшим путем не удалось. Разведка, посланная вечером в направлении населенного пункта Нижне-Гнилое, обнаружила там противотанковый опорный пункт. Противник готовился к отражению удара. Генералу А. Г. Кравченко предстояло либо идти в лоб на врага, либо искать иной маршрут. Он предпочел последнее. Вновь посланная разведка доложила, что в населенном пункте Болото оборона организована значительно слабее. Это и предопределило дальнейшие действия корпуса. Утром 25 января он перешел в наступление на населенный пункт Болото, уничтожил там вражеский гарнизон и подошел к Горшечному с той стороны, откуда противник не ожидал наступления. Немецкие войска были захвачены врасплох. Это способствовало тому, что оборона противника была быстро смята. Танковый корпус с ходу ворвался в Горшечное и овладел им. Согласно плану, корпус должен был развивать успех на Касторное. Но танки израсходовали горючее. Тылы же безнадежно отстали, и автоцистерны с горючим не могли пробиться сквозь снежные заносы.
Тем временем стрелковые дивизии, используя успех 4-го танкового корпуса, на всем фронте прорвали оборону противника. Они устремились на север и северо-запад, в глубь немецкой обороны, отрезая пути отхода основным силам 2-й немецкой армии.
Немецкое командование, поняв, что 2-я армия может опять оказаться в мешке, а пути отхода будут перерезаны уже в ближайшее время, стало поспешно отводить главные силы из Воронежа за Дон. Тогда командующий 60-й армией генерал И. Д. Черняховский приказал своим соединениям немедленно перейти в наступление и овладеть городом. Отступая, немцы подожгли город и взорвали почти все здания. К утру 25 января после упорных и ожесточенных боев старинный русский город Воронеж был очищен от оккупантов. Развивая наступление, соединения армии к исходу дня форсировали Дон и овладели западным берегом реки.
