В ночь на 15 января продолжала наступать только 106-я танковая бригада (16 танков) 12-го танкового корпуса под командованием полковника И.Е. Алексеева. Обходя узлы сопротивления, она на рассвете ворвалась в Россошь и освободила город. Однако в середине дня противник при поддержке авиации перешел в наступление. Бригада, израсходовав почти все горючее и боеприпасы, оказалась в окружении. Но танкисты не дрогнули. Стремительным ударом они пробились к станции и закрепились. Здесь в ожесточенном бою погиб командир бригады полковник И.Е. Алексеев.
Одновременно утром 15 января в наступление перешел 18-й отдельный стрелковый корпус, наносивший главный удар на Каменку. Часть сил (одна дивизия) корпуса наступала в направлении Марки, Старые Сагуны, чтобы во взаимодействии с 270-й стрелковой дивизией, наступавшей из района Павловска, уничтожить левофланговый корпус венгерской армии.
Утром 16 января к Россоши подошли главные силы 12-го танкового корпуса, и город вновь был освобожден от врага. В тот же день части 12-го танкового корпуса заняли Каменку, а 15-й танковый корпус – Ольховатку. В результате в окружении оказались итальянский корпус и часть сил 156-й пехотной дивизии. Оставалось только пленить или уничтожить эти части и соединения. Однако генерал Рыбалко допустил просчет: увлекшись, очевидно, первым успехом, он выделил для этой цели слишком мало сил – всего одну дивизию. Альпийские дивизии итальянцев смяли ее боевые порядки и начали отход на Валуйки, правда, без артиллерии и тылов.
17 января левофланговые соединения 40-й армии, наступавшие с севера, вышли к Острогожску. К исходу следующего дня 15-й танковый корпус и 305-я стрелковая дивизия 40-й армии вышли в район Алексеевки, замкнув кольцо окружения острогожско-россошанской группировки врага. Одновременно 12-й танковый и 18-й отдельный стрелковый корпуса встречными ударами с юга и севера в общем направлении на Карпенково рассекли окруженную группировку противника на две части. Одна из них (5 дивизий) была блокирована в районе Острогожск, Алексеевка, Карпенково, другая (8 дивизий) – в районе севернее Россоши. Из-за недостатка сил 3-я танковая армия и 18-й отдельный стрелковый корпус не смогли создать прочный внутренний фронт окружения. Несмотря на это, представитель Ставки ВГК генерал армии А.М. Василевский, командующий Воронежским фронтом генерал-полковник Ф.И. Голиков и член Военного совета фронта Ф.Ф. Кузнецов 18 января заверили И.В. Сталина в том, что «ликвидация противника, окруженного в районе восточнее Россошь, Подгорное (до пяти пд), и уничтожение отдельных групп в районе Каменка, Татарино потребуют еще два-три дня»[89]. Последующие события показали несбыточность такого прогноза.
Разгром острогожской группировки противника был завершен только 24 января, россошанской группировки – 27 января. Но полностью уничтожить их не удалось. Они, имея значительное численное превосходство, сумели прорваться на запад через неплотный внутренний фронт окружения. Всего в ходе Острогожско-Россошанской операции было разгромлено 12 дивизий группы армий «Б», уничтожено три, а шести дивизиям нанесены большие потери. Противник потерял свыше 140 тыс. солдат и офицеров, в т. ч. 86 тыс. пленными[90]. Войска 3-й танковой армии, по данным ее штаба, уничтожили около 30 тыс. солдат и офицеров противника, 28 танков, 13 бронемашин, 78 орудий, захватили в плен около 73,2 тыс. человек, а также, в качестве трофеев, 44 танка, 13 бронемашин, 4517 грузовых, 196 легковых и 83 специальных автомобиля, 39 самолетов, 196 орудий. Потери армии составили 11902 человека, в том числе 3016 убитыми и умершими от ран, а также 58 танков и 60 орудий[91].
В ходе операции войска 3-й танковой армии получили значительный опыт перегруппировок в условиях зимнего бездорожья, прорыва вражеской обороны и развития тактического успеха в оперативный, создания внешнего и внутреннего фронтов окружения. Однако недостаток горючего и боеприпасов привел к снижению темпов наступления, а недостаток сил не позволил создать прочный внутренний фронт окружения противника.
