Другой удар нанести в центре полосы Юго-Западного фронта в направлении на юг и частью сил на юго-запад; 3 гв. А силами ударной группировки (сд — 4, мк — 1, сбр — 2, мсбр — 1) прорвать оборону противника на 14-километровом участке фронта в районе Боковская и развивать наступление в направлении на Морозовский; рассечь войска группы «Холлидт», разгромить тылы и охватить группировку 8А (итал.) и группы «Холлидт» с востока; частью сил охватить войска 8А (итал.) с юго-востока; выйти на рубеж Никольская — Тацинская — Морозовский внешнего фронта окружения.
Силами 5ТА с севера и 5УдА с востока перейти в наступление против части сил армейской группы «Гот» в районе Тормосин, связать их сражением и сорвать их участие в наступлении на Сталинград.
Действия войск на главных направлениях обеспечить:
на правом фланге — переходом в наступление 6А Воронежского фронта с выходом на рубеж Нов. Калитва — Марковка внешнего фронта окружения;
на левом фланге — упорной обороной 51А и части сил 2 гв. А Сталинградского фронта удержать занимаемые рубежи и не допустить прорыва котельниковской ударной группировки армейской группы «Гот» к Сталинграду; при создании благоприятных условий перейти в контрнаступление и продвинуть внешний фронт окружения на запад.
На направлении главного удара Юго-Западного фронта на участке прорыва 1 гв. А было создано превосходство над противником по численности личного состава в 4 раза, по танкам в 8 раз, по орудиям и минометам в 7 раз; на направлении другого удара Юго-Западного фронта на участке прорыва 3 гв. А превосходство в силах над противником было подавляющим.
16 декабря ударные группировки Юго-Западного фронта после полуторачасовой огневой подготовки перешли в наступление. Авиация в огневой подготовке не участвовала по метеоусловиям, ее участие в огневой поддержке наступавших войск стало возможным только во второй половине суток. Войска первого эшелона встретили ожесточенное сопротивление противника, что вынудило в первый же день наступления ввести в сражение танковые корпуса 1 гв. А Юго-Западного и 6А Воронежского фронтов, предназначенные для ввода в чистый прорыв, и использовать их для прорыва обороны.
Утром 18 декабря войска 1 гв. А прорвали оборону противника и во взаимодействии с 6А Воронежского фронта расширили полосу прорыва к исходу суток до 60 км. Одновременно войска 3 гв. А прорвали оборону противника и расширили полосу прорыва до 20 км. Танковые корпуса 1 гв. А, 6А и механизированный корпус 3 гв. А начали стремительное продвижение по заданным направлениям, вынудив войска 8А (итал.) и группы «Холлидт» к поспешному отходу на юго-запад и юг. 19 декабря войска 6А Воронежского фронта овладели Нов. Калитвой и Кантемировкой, и с этого дня 6А была передана в состав Юго-Западного фронта.
22 декабря войсками Юго-Западного фронта, развивавшими наступление, были окружены 3 итальянские и 1 немецкая пехотные дивизии в районе северо-восточнее нп Алексеево-Лозовское, а также отдельные группы войск противника в районах Кантемировка, Чертково, Верхне-Чирский, Каменский. 24 декабря алексеево-лозовская группировка противника была полностью ликвидирована. Одновременно были уничтожены другие окруженные группы войск противника. Устойчивость оперативной обороны противника в полосах 8А (итал.) и группы «Холлидт» была полностью утрачена, что вынудило германское командование осуществить спешную перегруппировку войск. Для прикрытия прорванного фронта развертывались перебрасываемые с других участков фронта и прибывавшие из Западной Европы соединения противника. Особенно опасно для противника было развитие наступления войск Юго-Западного фронта, так как ставило под угрозу глубокого охвата левый фланг и тыл ударной группировки группы армий «Дон» в районах Тормосин и Котельниково. На участок фронта от нп Нов. Калитва до Миллерово были переброшены 5 дивизий (пд — 3, тд — 1, гед — 1). Из состава ударной группировки группы армий «Дон» 3 дивизии (пд — 1, тд — 2) были выдвинуты в район Тацинская — Морозовский и развернуты фронтом на север.
С 24 декабря войска Юго-Западного фронта завязали бои с выдвинутыми на рубеж Нов. Калитва — Марковка — Чертково — Миллерово — Тацинская — Морозовский войсками противника. Особенно ожесточенные бои развернулись в районах Чертково, Миллерово, Тацинская, Морозовский.