В 13-й армии, действовавшей в 46-километровой полосе, ударная группировка была сосредоточена на 18-километровом фронте между pp. Кшень и Олым. В первом эшелоне ударной группировки находились четыре стрелковые дивизии, одна танковая бригада и три танковых полка; во втором эшелоне — три стрелковые дивизии и 129-я танковая бригада. В полосе 13-й армии был сосредоточен резерв фронта — две стрелковые дивизии и один танковый корпус.

В 38-й армии ударная группировка была развернута на 14-километровом фронте от Козинки до Озерки и имела две стрелковые дивизии, танковую бригаду и танковый батальон; все силы — в одном эшелоне. За ударной группировкой в резерве армии находились одна стрелковая дивизия, курсы младших лейтенантов и танковый батальон.

60-я армия, получив от 40-й армии 22-километровый участок от р. Дон до Семидесятское, свою ударную группировку развернула на левом фланге, на участке фронта в 12 км; в ее первом эшелоне находились две стрелковые дивизии, одна стрелковая и три танковые бригады; во втором эшелоне — одна стрелковая дивизия.

40-я армия действовала в полосе шириной 50 км. В первом эшелоне было развернуто пять стрелковых дивизий, одна стрелковая и одна танковая бригады; во втором — три лыжно-стрелковые бригады и 305-я стрелковая дивизия, выдвигавшаяся из района Алексеевки в полосу наступления армии. 4-й танковый корпус занял исходные позиции в полосах 309-й и 107-й стрелковых дивизий, имея ближайшей задачей совместно с этими дивизиями прорывать оборону противника, а затем развивать успех на Касторное. Главные силы 40-й армии были сосредоточены в центре на 30-километровом фронте, где в первом эшелоне находились четыре стрелковые дивизии и все танковые войска.

На участках прорыва всех армий было достигнуто подавляющее превосходство в силах и средствах над противником: по дивизиям — в 2,3—4,7 раза, по артиллерии — в 2,6—9 раз, по танкам — еще больше.

Ведение операции

Боевые действия войск Воронежского и Брянского фронтов в Воронежско-Касторненской операции протекали в следующей последовательности.

В течение первых пяти дней операции, с 24 по 28 января, войска Брянского и Воронежского фронтов прорвали оборону противника и развивали наступление в глубину.

К исходу 28 января с выходом войск 13-й, 38-й армий и 4-го танкового корпуса 40-й армии в район Касторное, а стрелковых соединений 40-й армии на рубеж Горшечное, Быково, Ефросиновка были перехвачены основные пути отхода воронежско-касторненской группировки немецко-фашистских войск. В это же время главные силы 13-й армии начали развивать наступление в западном направлении.

Однако сплошного фронта вокруг группировки врага еще создано не было. Также не было принято мер и к ее расчленению и уничтожению. Между Касторное и Быково, то есть между 4-м танковым корпусом, находившимся в районе Касторное, Лачиново, и 25-й гвардейской стрелковой дивизией 40-й армии, действовавшей в районе Быково, оставался не занятый нашими войсками промежуток в 25 км. Такой же промежуток оставался и между Горшечное и Старым Осколом. На всем 50-километровом фронте от Касторное до Старого Оскола находились только части одной 25-й гвардейской стрелковой дивизии.

По существу противнику были оставлены ворота, через которые он имел возможность пробиваться на запад. Как показали последующие события, наличие не занятых нашими войсками промежутков на внутреннем фронте окружения и разбросанность сил 40-й армии значительно осложнили последующую борьбу с воронежско-касторненской группировкой.

В течение 29—30 января бои по уничтожению этой группировки шли в районе южнее Касторное. Эти бои велись силами войск Воронежского фронта. 13-я армия Брянского фронта всеми силами продолжала развивать наступление в западном направлении. К 31 января основные силы воронежско-касторненской группировки прорвались в районы Старого Оскола и Горшечное. Бои в этих районах продолжались до 2 февраля включительно силами 38-й и 40-й армий. Одновременно часть сил этих армий и вся 60-я армия, осуществляя подготовку к новой, Харьковской, наступательной операции, выдвигались на рубеж рек Тим и Оскол.

Окончательно ликвидировать вражескую группировку войскам фронта ко 2 февраля не удалось. Часть сил этой группировки из районов Старого Оскола и Горшечное пробивалась на запад. Основными причинами этого явились недочеты в управлении войсками, имевшие место как во фронте, так и в армиях. Командующий фронтом вплоть до 6 февраля не объединил управление войсками, которые вели бои по уничтожению вражеской группировки. До 6 февраля прорывавшуюся группировку противника уничтожали войска 38-й армии и часть дивизий 40-й армии. Но, несмотря на превосходство сил, противник не был уничтожен к этому времени. Объяснялось это прежде всего тем, что не было общего плана действий этих армий и четкого взаимодействия между соединениями, участвовавшими в уничтожении вражеских войск.

В период с 2 по 17 февраля 38-я армия вела борьбу с прорывающимися в направлении на Обоянь остатками воронежско-касторненской группировки противника. В это время основные силы Воронежского фронта вели наступление в направлениях на Курск (60-я армия) и Харьков (40, 69 и 3-я танковая армии), осуществляя новую фронтовую операцию.

С выходом войск 38-й армии 17 февраля в район Обояни и с освобождением этого города закончились боевые действия наших войск по разгрому воронежско-касторненской группировки противника.

Таким образом, в результате Воронежско-Касторненской операции была разгромлена крупная группировка немецко-фашистских войск, действовавшая в районе Воронежа, и освобождена от гитлеровских захватчиков большая часть Воронежской и Курской областей, города Воронеж, Касторное, Старый Оскол, Тим, Обоянь и много других крупных населенных пунктов.

В ходе операции нашими войсками были разгромлены основные силы 2-й немецкой армии и 3-й армейский корпус 2-й венгерской армии — всего в общей сложности девять немецких и две венгерские пехотные дивизии.

Были созданы необходимые условия для проведения последующей наступательной операции советских войск на курском и харьковском направлениях.