Прорыв тактической глубины обороны противника в 40-й и 3-й танковой армиях и в 18-м отдельном стрелковом корпусе протекал в различных условиях.

Переходу в наступление 40-й армии предшествовали проведенные 12 января бои передовых батальонов двух стрелковых дивизий ударной группировки армии. В результате действий этих батальонов, успех которых был развит вводом главных сил дивизий, в полосах которых они вели разведку боем, наши войска вклинились в оборону противника на 6-километровом фронте на глубину до 3—3,5 км, а противник был вынужден перебросить из Острогожска к сторожевскому плацдарму 700-й немецкий танковый отряд, имевший в своем составе 100 танков и штурмовых орудий.

Обстановка, сложившаяся на сторожевском плацдарме в связи с достигнутым передовыми батальонами успехом, требовала немедленного ввода в бой главных сил 40-й армии. Командующий фронтом принял правильное и соответствующее данной обстановке решение — использовать успех 107-й и 25-й гвардейской стрелковых дивизий и приказал командующему 40-й армией перейти в наступление главными силами не 14, а утром 13 января.

В ночь на 13 января части первого эшелона 40-й армии заняли исходное положение для наступления.

На рассвете 13 января войска первого эшелона 40-й армии после артиллерийской подготовки перешли в наступление с рубежа, достигнутого 12 января передовыми батальонами. К исходу дня главная полоса обороны противника перед сторожевским плацдармом была прорвана на 10-километровом фронте. Вражеское командование, израсходовав в течение дня свои тактические резервы, начало перебрасывать к сторожевскому плацдарму с юга часть сил из оперативного резерва.

С утра 14 января наступление развернулось на всех трех направлениях. В этот же день перешла в наступление и соседняя 6-я армия Юго-Западного фронта.

К исходу дня 14 января 40-я армия расширила прорыв до 50 км по фронту и до 17 км в глубину. Однако войска армии не выполнили задачи по захвату с хода второй полосы обороны противника. Только в районе Прилепы (7 км северо-западнее Песковатка) наши войска вышли ко второй полосе и здесь завязали бои с частями 168-й пехотной дивизии противника [168 пд находилась в составе корпуса особого назначения (168 пд, 26 пд, 1 тд), составлявшего резерв командования группы армий «Б».] подтянутыми из района южнее Острогожска.

В течение дня командующий 40-й армией ввел в сражение свой второй эшелон: 305-ю стрелковую дивизию — для развития наступления на направлении главного удара и 253-ю стрелковую бригаду — для расширения прорыва в сторону правого фланга.

Только к исходу 15 января войска 40-й армии завершили прорыв всей тактической глубины вражеской обороны. Фронт наступления армии к этому времени увеличился до 100 км; глубина продвижения равнялась 20 км на правом фланге, 35 км в центре и 16 км на левом фланге.

В сложной обстановке осуществлялся прорыв тактической зоны обороны противника в полосах 3-й танковой армии и 18-го стрелкового корпуса.

Противник, ожидая главного удара наших войск с плацдарма в районе деревни Щучье, сосредоточил на этом направлении свои оперативные резервы, а также произвел дополнительные работы по совершенствованию своих оборонительных позиций на этом участке фронта. Ударная группировка 18-го стрелкового корпуса после двухчасовой артиллерийской подготовки перешла 14 января в наступление и к исходу дня прорвала главную полосу обороны врага. Дальнейшее развитие прорыва здесь осложнилось. Противник ввел на этом направлении большинство сил из оперативного резерва (26-ю пехотную немецкую и 1-ю танковую венгерскую дивизии) и своим упорным сопротивлением на три дня сковал части корпуса на второй полосе обороны.

Полученные перед самым началом наступления новые данные о противнике на участке 3-й танковой армии потребовали от нашего командования внесения ряда изменений в план артиллерийской подготовки атаки. Вместо намеченных двух десятиминутных огневых налетов была проведена полуторачасовая артиллерийская подготовка.

Вследствие того, что в армии отсутствовали достаточно полные и точные данные о переднем крае вражеской обороны, огневые средства противника не были подавлены. Поэтому перешедшие в атаку три стрелковые дивизии первого эшелона 3-й танковой армии сразу же встретили ожесточенное сопротивление со стороны немецких частей, занимавших главную полосу обороны. Бои за главную полосу носили напряженный характер. Только после трехчасового боя стрелковые дивизии с приданными им танковыми бригадами на некоторых участках смогли вклиниться в главную полосу обороны на 1—3км.

В целях быстрейшего прорыва главной полосы обороны противника командующий 3-й танковой армией ввел в сражение свой второй эшелон — два танковых корпуса, с вводом которых обстановка в полосе наступления армии коренным образом изменилась в нашу пользу. Части 24-го танкового немецкого корпуса, оборонявшиеся в полосе прорыва 3-й танковой армии, начали отход в северном и северо-западном направлениях.

К исходу дня 14 января танковые корпуса прорвали оборону противника на 10-километровом фронте и продвинулись на глубину в 23 км, оторвавшись от пехоты на 6—8 км. Стрелковые соединения армии, используя и закрепляя успех танковых корпусов, в течение дня продвинулись от 2 км на правом фланге и до 14 км на левом фланге.

Поставленная на первый день операции задача — прорвать оборону противника на 16-километровом участке Пасеково, Ясиноватый и выйти стрелковыми соединениями на рубеж Валентиновка, Шрамовка, Куликовка — была выполнена не полностью. Танковые корпуса также не смогли выполнить задачу первого дня наступления и выйти в район Россоши и южнее ее. Темп наступления танковых корпусов оказался в два раза ниже запланированного. На снижение темпа наступления танковых корпусов повлияло то, что они были привлечены к прорыву главной полосы обороны противника, а также и то, что они действовали в труднопроходимой для них местности и в первый день операции израсходовали все горючее и все боеприпасы. В ожидании подвоза боеприпасов и горючего они простояли всю ночь на 15 января.