К 24 января перегруппировка советских войск была полностью завершена. Войска 40-й армии на 50-километровом фронте Семидесятское — Городище заняли исходное положение для наступления. В ходе перегруппировки, которая проходила одновременно с действиями по ликвидации окруженных немецких войск в районе Алексеевки, дивизии должны были развернуться на 90 и более градусов, то есть с западного и юго-западного направления на северное и северо-западное. Этот маневр был успешно осуществлен, несмотря на продолжавшиеся контратаки немецких войск, перебрасываемых из Воронежа в состав корпусной группы «Зиберт».
Выполнению поставленной задачи благоприятствовало то, что войска армии находились у только что образовавшегося южного фаса воронежского выступа. Германское командование не располагало там ни достаточным количеством войск, ни заранее подготовленной обороной. Правда, оно спешно перебрасывало в этот район войска, и их численность к началу наступления превысила 3 дивизии, которые и составили вышеназванную корпусную группу «Зиберт». Кроме того, местность, по которой предстояло наступать 40-й армии, была сильно пересеченной и, главное, понижалась в сторону советских войск, что давало определенное преимущество обороняющемуся противнику.
И все же на стороне советских войск были более важные факторы: и крайне невыгодное оперативное положение противника, и резкий упадок духа в его войсках, вызванный поражениями под Сталинградом, на Кавказе, на Дону, а также под Ленинградом. Наконец, соединения и части Красной армии не только имели хорошую боевую технику, но и были тепло одеты и обуты, так что ни метели, ни морозы, которые иногда доходили до -38°, не могли остановить их наступление.
Одновременно с окончанием перегруппировки были осуществлены все подготовительные мероприятия. Штаб 40-й армии, по-прежнему возглавляемый генерал-майором З. З. Рогозным, и на этот раз отлично справился с организацией наступления, несмотря на то, что времени на подготовку было мало.
Начало Воронежско-Касторненской наступательной операции. Освобождение города Воронежа. Воронежско-Касторненскую наступательную операцию, как и предыдущую, Острогожско-Россошанскую, начала 40-я армия.
Утром 24 января 1943 года поднялась метель. Дороги занесло. Мороз достигал -20°. Видимость была крайне ограниченна. Начало наступления пришлось перенести на 12.00. Но и к полудню метель не унялась. Тем не менее вновь отложить атаку значило бы вообще в этот день отказаться от нее. Поэтому в 12.30, несмотря на плохую видимость, пришлось начать артиллерийскую подготовку. Она продолжалась, согласно плану, 30 минут, но ее результат был незначителен. Артиллеристы не видели целей и потому не смогли подавить большую их часть. От авиационной подготовки в условиях сильной метели пришлось отказаться.
Все это осложнило действия наступающей пехоты и танков. Пехота, приблизившаяся к переднему краю обороны противника на 300–350 м во время артиллерийской подготовки, немедленно после ее окончания, в 13.00, вместе с танками атаковала вражеские позиции. Она была встречена артиллерийским и ружейно-пулеметным огнем. По всему фронту разгорелся ожесточенный огневой бой. Однако уже час спустя советским войскам удалось на отдельных участках сломить сопротивление противника и начать продвижение вперед. Отразив контратаки немецких частей, стрелковые дивизии к концу дня вклинились в оборону противника в районе населенных пунктов Бочарово и Старо-Николаевская.
Еще успешнее действовал 4-й танковый корпус. Он сломил сопротивление частей 68-й немецкой пехотной дивизии, за два часа с боем продвинулся на 6–8 км и овладел районом Лебяжье. Далее ему предстояло наступать на село Архангельское. Снежные заносы вынудили генерала А. Г. Кравченко выбрать кратчайший путь — через населенные пункты Старомеловое и Новомеловое. Условия наступления были и здесь крайне тяжелыми. Попытки двигаться вне дорог с целью обхода населенных пунктов, хорошо приспособленных противником к круговой обороне, ни к чему не привели. Танки застревали в глубоком снегу, буксовали и расходовали большое количество горючего. Дороги также были во многих местах занесены снегом.