До начала третьей декады декабря соединения 3-й гвардейской танковой армии принимали пополнение, восстанавливали матчасть, производили сколачивание частей и подразделений. Советские войска готовились к продолжению наступательных операций. К 22 декабря армия имела 207 танков Т-34, 28 танков Т-70, 1 танк МК-7 и 8 танков МК-9, 7 самоходных установок СУ-152, 5 СУ-122, 92 СУ-85, 16 85-мм противотанковых пушек, 29 76,2-мм пушек, 6 57-мм пушек, 24 45-мм пушки, 62 37-мм зенитных орудия и 22 зенитных 12,7-мм пулемета ДШК, 64 120-мм и 108 82-мм минометов, 9573 активных штыка.495
19 декабря командование фронта поставило перед армией задачу, «…развивая успех наступления 18-й армии, совместно с ней и во взаимодействии с 1-й гвардейской армией уничтожить брусиловскую группировку противника и к исходу первого дня операции выйти на рубеж Вильня, Здвижка, Романовка, Карабачин. В дальнейшем:
а) в случае успешного развития наступления соседей продолжать развивать наступление на Андрушовка;
б) в случае задержки наступления 38-й и 1-й гвардейских армий ударом в направлении Водотыи, Соловеевка, Турбовка содействовать последним в разгроме брусиловской группировки противника».496 На основе полученной задачи командующий армией принял решение: армия входит в прорыв между Забелочье и Высокое. Боевой порядок армии строился в два эшелона — в первом эшелоне 6-й гвардейский танковый корпус и 9-й мехкорпус, во втором эшелоне 7-й гвардейский танковый корпус. Главный удар наносился правым флангом армии в направлении Озеряны, авангарды корпусов начинали выдвижение в прорыв непосредственно за продвижением пехоты 18-й армии.497
План наступательного боя 23 декабря 1943 г.
23 декабря под прикрытием облачности и тумана войска армии заняли исходное положение в районе Раевка, Боровка. В 9 часов 24 декабря после артподготовки войска 18-й армии перешли в наступление, прорвали первую линию оборону противника и начали продвигаться вперед. Уже в 9 часов 30 минут передовые отряды 6-го гвардейского танкового корпуса и 9-го мехкорпуса начали выдвигаться из исходных районов, а в 14 часов главные силы армии обогнали наступающую пехоту 18-й армии. В течение дня наступавший на левом фланге армии 9-й мехкорпус занял Забелочье и в 20 часов передовыми отрядами завязал бой за Приворотье, наносящий главный удар 6-й гвардейский танковый корпус занял Ставище, Высокое и к исходу дня передовыми отрядами вел бой за Озеряны. Второй эшелон армии — 7-й гвардейский танковый корпус — выдвигался к Боровке.498
Ход боевых действий 23 декабря 1943 г.
К исходу дня армия получила новую задачу — с утра 25 декабря нанести удар в направлении Коростышева во фланг радомышльской группировке противника, во взаимодействии с правым соседом — 1-й гвардейской армией — разгромить силы противника у Радомышля и к исходу дня 25 декабря выйти на рубеж Коростышев, Харитоновка.499 Во исполнение полученной задачи командующий армией приказал:
— 9-му мехкорпусу в течение ночи занять исходное положение в районе Кочерово, Приворотье и в 9 часов 30 минут 25 декабря перейти в наступление в направлении Коростышева, форсировать реку Тетерев в районе Коростышев, Мамрик, передовыми отрядами захватить Бельковцы и Студеницы и прикрыть армию от атак противника с северо-запада;
— 6-му гвардейскому танковому корпусу в течение ночи занять исходное положение в районе Приворотье, Романовка и с 9 часов 30 минут 25 декабря наступать в направлении Вольня, Крапивня, Харитоновка, имея ближайшей задачей выйти в район Шахворостовки, в дальнейшем форсировать р. Тетерев у Харитоновки, передовыми отрядами захватить Кашарицу, Смоловку, Ивницу и обеспечить армию от атак противника с запада и юго-запада;
— 7-му гвардейскому танковому корпусу оставаться в резерве армии, выйти в район Забелочье, Кочеров.500
План наступательного боя 25 декабря 1943 г.
На протяжении всего дня 25 декабря войска армии вели ожесточенные бои с пехотой противника при поддержке танков. К исходу дня 9-й мехкорпус главными силами находился в районе Городецкое, 6-й гвардейский танковый корпус занял Озеряны, Пилипонку, Вольню. 7-й гвардейский танковый корпус главными силами оставался в районе Боровки. 26 декабря сопротивление противника на рубеже Царевка—Вольня—Здвижка было сломлено, 9-й мехкорпус достиг восточных окраин Коростышева, а 6-й гвардейский танковый корпус занял Шахворостовку. В ходе боев 24–26 декабря части 9-го мехкорпуса захватили 2 знамени противника. За период с 24 по 26 декабря 9-й мехкорпус потерял 195 чел. убитыми и ранеными, 21 танк подбитыми и сгоревшими; 6-й гвардейский танковый корпус потерял 54 чел. убитыми и ранеными, 24 танка, 1 СУ-85.501 27 декабря соединения 3-й гвардейской танковой армии, продолжая наступление, форсировали р. Тетерев на участке от Козиевки до Харитоновки и заняли Коростышев и Харитоновку, передовой отряд 6-го гвардейского танкового корпуса занял Смоловку и восточную часть Левкова.