Для Бирюзова наступили тяжелые дни и ночи. Ведь 2-я гвардейская армия вступила в бой почти с марша, штабу пришлось работать с предельным напряжением: надо было организовать разведку и управление войсками, обеспечить надежное взаимодействие соединений, создать бесперебойную систему связи. Этим обеспечивалась постоянная жизнь и боевая деятельность войск армии. Но нужно было еще разработать план основной операции. Бирюзов, по крупицам собрав все, что было известно о противнике, о составе вражеской группировки, направлении его главных усилий, представил командующему армией свои соображения. Вместе с Малиновским они доложили решение на операцию командующему Сталинградским фронтом генералу Еременко и представителю Ставки генералу Василевскому. План, окончательно утвержденный Верховным Главнокомандующим, предусматривал отразить натиск противника на рубеже реки Мышкова, истребить в оборонительных боях его танки и, начав наступление 24 декабря во взаимодействии с 51-й армией, окружить и уничтожить основные силы врага на рубеже реки Аксай. Затем, развивая наступление, завершить разгром противника и выйти в район Котельников а.
С получением согласия Ставки на проведение наступательной операции Бирюзов отправился на передовые позиции, чтобы лично проверить, как гвардейцы держат оборону на рубеже реки Мышкова. Берега реки буквально кипели от взрывов. Казалось, огненный смерч метался по засыпанной черным снегом долине реки, оставляя за собой развороченные глыбы льда и рваные дымящиеся воронки. В этот день крупную фигуру начштаба видели и в траншеях, и на боевых позициях артиллеристов, стрелявших по фашистским танкам прямой наводкой. Следя за действиями артиллеристов, которые, сбросив полушубки и ватники, сноровисто действовали у орудий в одних гимнастерках и матросских бушлатах, он с удовольствием отмечал про себя, что никто из них не обращает на него внимания: значит, до предела поглощены делом.
Видя, что оборона предельно напряжена, а вражеские танки прорываются на занятый частями армии берег реки, Бирюзов приказал выдвинуть дополнительные противотанковые средства в боевые порядки пехоты и доложил об этом командарму, который поддержал его решение.
На следующий день противник, совершив перегруппировку, все свои танковые части бросил в бой на левом крыле армии, стремясь единым бронированным тараном пробить брешь и прорваться к окруженным войскам по кратчайшему направлению, через станицу Васильевку. Однако командарм и начальник штаба предусмотрели этот вариант, расположив в тылу оборонявшейся здесь 49-й гвардейской дивизии 2-й гвардейский корпус генерала К. В. Свиридова. Корпус этот предназначался для будущего контрудара.
Сознание того, что за обороняемыми позициями находится мощный танковый резерв, укрепляло стойкость гвардейцев-пехотинцев в бою, а действия врага делало менее уверенными и нервными. Одновременно стрелковые дивизии перешли в контратаку по всему переднему краю обороны армии, дезорганизуя и распыляя силы врага, пытавшегося сосредоточить их в направлении Васильевки. План противника был сорван.
Пять дней и ночей продолжались неистовые атаки врага. Пять суток мужественно отбивали гвардейцы яростный натиск, но позиций своих не уступили. Более того, соединения 2-й гвардейской армии захватили ряд важных плацдармов на южном берегу реки Мышкова, столь необходимых для обеспечения последующих наступательных действий.
В ночь на 24 декабря после тщательного обсуждения Военным советом армии деталей намеченного на завтра наступления Бирюзов представил на подпись командующему окончательный проект боевого приказа и попросил разрешения вновь отправиться в район Васильевки, где изготовились к наступлению части 13-го гвардейского стрелкового корпуса генерал-майора Чанчибадзе.
Малиновский, смертельно уставший за эти дни, внимательно оглядел своего начальника штаба... Высокий, худой, с ввалившимися щеками на потемневшем лице — видно было, что держался из последних сил, но держался.
— Хочешь быть в двух ипостасях, Сергей Семенович, — начальника штаба армии и наставника командира корпуса, — устало пошутил Малиновский. — Смотрите, не поссорьтесь там с Чанчибадзе: ему энергии и самостоятельности тоже не занимать.
— Отпустите его, Родион Яковлевич, — смеясь, заступился член Военного совета Ларин, — с Чанчибадзе они уже сговорились. А энергия там втройне нужна. Немцы в районе Васильевки прямо-таки вцепились в нашу оборону. Для обоих дел хватит. Вы же знаете, что руководство штабом он не ослабит ни на минуту...
В восемь часов утра после десятиминутного огневого налета артиллерии по переднему краю и ближайшей глубине вражеской обороны войска 2-й гвардейской армии перешли в решительное наступление.
Находясь в левофланговом корпусе, генерал Бирюзов внимательно всматривался в картину развивающегося сражения. Как он и предполагал, противник яростно отстаивал рубежи, достигнутые столь дорогой ценой в предыдущие дни. Контратакуя пехотой и танками во взаимодействии с артиллерией и авиацией, враг отчаянно сопротивлялся, особенно в самой Васильевке. Там разгорались ожесточенные рукопашные схватки. Рассыпавшись по переулкам, дворам и домам Васильевки, бойцы 3-й и 49-й гвардейских стрелковых дивизий штыками, гранатами и ножами уничтожали вражеских солдат и офицеров. Те, однако, остервенело цеплялись за этот важный опорный пункт, гарнизон которого еще вчера вечером мог наблюдать зарево близкого сражения на внутреннем фронте окружения под Сталинградом.
В течение нескольких часов напряженного боя Васильевка была освобождена. Оставив на ее улицах и в предместьях свыше пятисот трупов своих солдат и офицеров, а также двадцать врытых в мерзлую землю танков, противник начал отходить на юг. И с других участков поступали донесения, свидетельствовавшие о том, что противник во всей полосе армии начал поворачивать вспять. Бирюзов попросил разрешения командарма на ввод в бой 2-го гвардейского и приданного армии 7-го гвардейского механизированного корпусов. Лично убедившись, как могучим потоком устремились они во фланг и тыл отступающего противника, уже поздно вечером с большим удовлетворением подписал оперативную сводку. Она начиналась словами:
«С утра 24 декабря войска армии главными силами перешли в наступление... Огнем артиллерии и минометов противник пытается задержать наступление наших войск, но всюду сметается с пути. Набирая темпы и развивая успех, гвардейцы стремительно продвигаются вперед...»
Много лет спустя после окончания войны Бирюзов прочел оценку этого дня бывшим командующим группой армий «Дон» фельдмаршалом Манштейном: «Итак, теперь и на фронте восточнее реки Дон пробил час, когда инициатива перешла в руки противника».
Таким образом, попытка немецко-фашистского командования деблокировать армию Паулюса завершилась полным провалом ее организаторов и блестящей победой 2-й гвардейской армии, у оперативного штурвала которой находился Сергей Семенович Бирюзов.
Как и в первые недели войны, когда он командовал дивизией, так и сейчас, в период боев по разгрому Манштейна, Бирюзов внимательно изучал тактику врага, анализируя успехи и неудачи своих войск. Снова и снова считает он своей обязанностью прислушиваться внимательно к бывалым солдатам и офицерам переднего края.
Однажды довелось ему случайно услышать разговор двух бойцов.
— Я тебе кричу: бей по дальним, — горячился один, — а ты по ближним лупишь!
— Стрелял так, чтобы не дать им к траншеям нашим подползти, — возражал другой.
— Так у траншей-то мы их из автоматов достанем, а вот на дальних дистанциях ты их должен из своего пулемета бить, — продолжал первый.
Этот разговор запал в душу Бирюзова. В течение нескольких дней мысленно он возвращался к нему. «Видимо, не все в порядке в войсках с распределением целей, с взаимодействием огневых средств. Надо бы проверить, научить». Доложил Малиновскому, тот одобрил. Разослали в войска представителей штаба, выяснили картину: оказалось, действительно, в ряде частей взаимодействие пулеметчиков и автоматчиков хромало. Срочно были приняты меры, и положение выправилось.