Не менее сложно прорывалась оборона и в полосе наступления 18-го отдельного стрелкового корпуса. Не только из-за глубокого снега, но и вследствие плохой организации взаимодействия, артиллерийские орудия сопровождения, а частично и танки непосредственной поддержки, отстали от пехоты. К исходу дня корпус так и не выполнил поставленной задачи. Утром на этом направлении в сражение были введены 26-я пехотная немецкая и 1-я танковая венгерская дивизии (20 Pz.Kpfw.IV.Ausf.F1, Pz.Kpfw.38(t), 19 легких танков «Toldi I/IIа», 18 бронеавтомобилей «Csaba»). Эти оперативные резервы на три дня задержали части корпуса перед второй полосой обороны.
15 января наиболее успешно действовали 141-я стрелковая дивизия и 253-я стрелковая бригада 40-й армии. Они продвинулись еще на 10 км, достигли рубежа Маслов Лог — Яблочное и создали реальную угрозу выхода на тылы 2-й немецкой армии в районе Воронежа. В результате этого германское командование спешно начало снимать свои дивизии, располагавшиеся вдоль Дона, намереваясь бросить их против наступающих войск 40-й армии.
25-я гвардейская и 305-я стрелковые дивизии прорвали вторую полосу обороны противника в направлении населенных пунктов Репьевка, Красное, продвинулись на 20 км и овладели рубежом Скорицкое — Фабрицкое — Комсомолец — Свистовка — Богословка. Противник в беспорядке отступал, бросая вооружение и технику. Только одной 25-й гвардейской стрелковой дивизии в этот день сдались в плен 620 солдат и офицеров венгерских частей. Дивизия также захватила 75 орудий разного калибра, 120 тракторов, 37 автомашин, 49 пулеметов, 37 минометов, 1123 винтовки, 120 повозок, 54 противотанковых ружья и три склада.
В этот день самое сильное сопротивление противник оказывал на участке 107-й стрелковой дивизии. Вследствие этого она продвигалась медленнее, чем в предшествующие дни. Для усиления натиска в юго-западном направлении генерал К. С. Москаленко перебросил сюда и 340-ю стрелковую дивизию, оставив прикрытие на ее прежнем участке. К концу дня части этой дивизии освободили населенный пункт Терновая. По-прежнему действовавшая совместно с ними 150-я танковая бригада одновременно прорвалась через боевые порядки противника и овладела деревней Лесное Уколово.
К исходу 15 января войсками армии была прорвана оборона противника на всю тактическую глубину. На правом фланге войска армии продвинулись вперед на 20 км, на левом — на 16, в центре — на 35. Тем самым были созданы условия для развития наступления на окружение и расчленение группировки противника во взаимодействии с 18-м стрелковым корпусом и 3-й танковой армией. Оперативная обстановка для решения этой задачи была вполне благоприятной, ибо все свои резервы германское командование ввело в сражение, а подготовленных в глубине оборонительных рубежей на этих направлениях оно не имело. Используя преимущества обстановки, 107-я стрелковая дивизия 17 января прорвалась к Острогожску, где, соединившись с частями 18-го стрелкового корпуса, окружила 10-ю венгерскую пехотную дивизию. Одновременно 88-я танковая бригада 15-го танкового корпуса 3-й танковой армии под командованием полковника И. И. Сергеева, не ввязываясь в затяжные бои за отдельные опорные пункты и узлы сопротивления, в 18.00 17 января ворвалась в Алексеевку. Через день с ней установила огневую связь 309-я стрелковая дивизия полковника А. П. Крутихина. В окружение попали части 8-й итальянской армии, 7-го венгерского армейского и 24-го немецкого танкового корпусов.
В это же время 12-й танковый корпус устремился на город Россошь. В завязавшихся уличных боях личный состав 106-й танковой бригады полковника И. Е. Алексеева действовал дерзко, стремительно и мужественно. Танковый взвод лейтенанта Д. С. Фоломеева, высланный для ведения разведки, разгромил западнее города штаб 156-й итальянской пехотной дивизии и захватил ее знамя. С подходом стрелковых соединений город Россошь был освобожден. Развивая наступление, части корпуса 19 января овладели населенным пунктом Карпенково, но при этом и сами понесли большие потери: в 12-м танковом корпусе осталось всего 44 исправных танка. Поэтому он вынужден был перейти к обороне, отражая атаки противника, стремившегося прорваться на запад. Утром 20 января к Карпенково подошли части 18-го отдельного стрелкового корпуса генерала П. М. Зыкова. В итоге вся острогожско-россошанская группировка вермахта оказалась рассеченной на две части. Часть немецких и венгерских соединений, а также весь Альпийский итальянский корпус (4 дивизии), попали в окружение.