В целом войска армии в течение 13 января достигли значительного успеха. Ее ударная группировка прорвала главную полосу немецкой обороны на 10 км по фронту и в глубину, освободила населенные пункты Довгалевка, Болдыревка, Девица. Задача первого дня операции была почти полностью выполнена. 18-й стрелковый корпус и 3-я танковая армия 14 января также начали прорыв обороны противника.
40-я же армия в этот день продолжала наступление. Дальнейшая ее задача состояла в том, чтобы углубить прорыв и овладеть второй полосой немецкой обороны, на которую накануне войска армии вышли на отдельных направлениях. Тем самым предполагалось помешать противнику закрепиться на ней своими отступающими войсками и перебрасываемыми сюда резервами, довершить разгром противостоящей группировки. Эта задача осложнялась тем, что некоторые участки второй полосы обороны противника уже оказались занятыми частями трех немецких пехотных дивизий — упоминавшейся 168-й, а также 68-й и 88-й, успевшими подтянуться к фронту прорыва.
Для усиления натиска и увеличения темпов наступления с утра 14 января командованием 40-й армии были введены в бой 305-я стрелковая дивизия и 253-я стрелковая бригада из второго эшелона.
253-я стрелковая бригада, которой командовал подполковник М. Н. Красин, была укомплектована курсантами военных училищ. Она являлась одним из лучших соединений в составе 40-й армии и блестяще оправдала возлагаемые на нее надежды. Бригада была введена в бой в стыке между 141-й и 25-й гвардейской стрелковыми дивизиями, составлявшими как бы группу, в которую входила также 116-я танковая бригада. Два батальона последней тесно взаимодействовали со 141-й, а два других — с 25-й гвардейской стрелковыми дивизиями.
Эта группа действовала весьма успешно. Части 141-й стрелковой дивизии, обойдя главные силы противостоявшей немецкой дивизии, нанесли ей с запада удар во фланг и в тыл. К исходу дня они овладели сильным узлом сопротивления в Сторожевом 1-м и завязали бой за село Архангельское. Наступавшая левее 253-я стрелковая бригада, ломая сопротивление противника, с боями продвинулась на 8 км. В результате успешных действий этих двух соединений прорыв был расширен вправо, а действия главных сил армии надежно обеспечены с севера.
Тем временем и 25-я гвардейская стрелковая дивизия продвинулась в западном направлении на 5 км и овладела населенным пунктом Мастюгино.
Между действовавшими левее 340-й и 107-й стрелковыми дивизиями, которые наступали в юго-западном направлении, вступила в бой 305-я стрелковая дивизия под командованием полковника И. А. Даниловича. Она оказалась, таким образом, на направлении главного удара армии, где обозначился наибольший успех. Части этой дивизии действовали умело и способствовали его дальнейшему развитию. К исходу дня они продвинулись на 5 км и вышли ко второй полосе обороны противника в районе населенного пункта Прилеп. 107-я стрелковая дивизия к югу от этого района овладела населенными пунктами Солдатское, Песковатка, Калинин, а также господствующим берегом реки Потудань.
Таким образом, за два дня наступления армия расширила прорыв до 50 км по фронту и углубила его до 17 км, выйдя ко второй полосе обороны противника. Так как захватить ее с ходу не удалось, дальнейшие атаки были перенесены на следующее утро.
Начавшееся наступление советских войск, как свидетельствует ряд документов, явилось полной неожиданностью для германского командования. «Мы думали, что это наступление небольшого масштаба, с целью улучшения позиций и чтобы расширить прорыв итальянского фронта. Полагали, что это наступление будет только на юге. Удара севернее не ожидали. К моменту пленения это была дезорганизованная масса пехотинцев и артиллеристов. Из всего корпуса осталось до 3 тыс. человек, остальные разошлись мелкими группами неизвестно куда», — показал взятый в плен начальник артиллерии 3-го венгерского корпуса генерал Деже, который в довоенные годы в течение четырех лет был военным атташе в Москве.
Развитие наступления и окружение острогожско-россошанской группировки. 14 января в наступление перешли остальные силы фронта, а также 6-я армия Юго-Западного фронта под командованием генерал-лейтенанта Ф. М. Харитонова. Но на направлениях их ударов немцы оказали сильное сопротивление. Так, 184-я стрелковая дивизия 3-й танковой армии осталась без приданных ей танков, которые при выдвижении на исходные позиции застряли в занесенном сугробами овраге, понесла большие потери и была остановлена перед передним краем вражеской обороны. Столь же безуспешно атаковали противника и соседние дивизии. После трехчасового боя соединения армии вклинились в главную полосу обороны только на 1–3 км. Когда командующий 3-й танковой армией генерал П. С. Рыбалко ввел в сражение части 12-го и 15-го танковых корпусов, обстановка резко изменилась. К исходу дня корпуса продвинулись на глубину до 25 км, разгромив в районе Жилина штаб 24-го немецкого танкового корпуса. Продвижению танковых соединений способствовало наступление 6-й армии Юго-Западного фронта. В результате его германское командование не только не смогло перегруппировать свои резервы с юга к участку прорыва танковой армии, но и вынуждено было ввести в бой против 6-й армии генерала Ф. М. Харитонова резервные 27-ю танковую и 320-ю пехотную дивизии.