Начавшаяся в 8:15 следующего дня атака 14-го стрелкового корпуса, несмотря на предшествовавшую ей 30-минутную артподготовку, вновь имела лишь частичный успех — хотя к середине дня нашим войскам удалось наконец-то занять высоты 168,0 и 157,2. Поэтому генерал Лелюшенко принял решение ввести для допрорыва вражеской обороны танки 1-го гвардейского механизированного корпуса.
В 13:30 минут 1-я, 2-я и 3-я гвардейские механизированные бригады были введены в бой на рубеже от высоты 98,8 до села Дуленский. На левом фланге 2-я мехбригада полковника А. Т. Худякова атаковала Боковскую, в центре 3-я мехбригада полковника П. И. Горячева была нацелена на Коньков, справа 1-я мехбригада полковника Ф. И. Червякова, поддерживая части 266-й и 278-й стрелковых дивизий, должна была наступать на Белавинский и Кривошлыков, а в дальнейшем атакой на север совместно со 197-й стрелковой дивизией окружить вражескую группировку в районе Кружилина.
Прорыв фронта противника в полосе 3-й гвардейской армий 16–18 декабря 1942 года.
К вечеру наши танки продвинулись на 2–4 км, заняли Астахов и перешли реку Кривая. Двигавшиеся за ними части 14-й гвардейской стрелковой дивизии выбили немцев с восточной окраины посёлка Дуленский. Тем временем левее 203-я и 159-я дивизии вели бой за поселки Свиридов и Краснокутская.
В ночь на 18 декабря наступление продолжалось. К утру стрелковые части заняли ряд высот по западному берегу реки Кривая, а танки Руссиянова, продвинувшись еще на 5–7 км, вышли на подходы к селам Ильинка, Коньков и к станице Боковская. Вечером танки и автоматчики 2-й механизированной бригады ворвались в Боковскую; в этом бою погиб командир 20-го гвардейского танкового полка полковник Н. А. Сергеев.
К исходу дня части 2-й гвардейской мехбригады заняли Боковскую и Старый Земцов, имея фронт на запад и юг; сюда же выдвигалась 14-я гвардейская стрелковая дивизия. 3-я гвардейская мехбригада захватила Коньков и выдвинулась к хутору Вислогубов, пройдя таким образом 17 км от исходного рубежа наступления были заняты. Части 266-й стрелковой дивизии заняли село Ильин на реке Ильинка. 1-я гвардейская мехбригада, поддерживая правый фланг 266-й стрелковой дивизии, опередила части 278-й стрелковой дивизии, заняла села Белавин и Кривошлыков и готовилась наступать на север — на соединение с 197-й стрелковой дивизией. Тем временем 197-я дивизия, окончательно сломив сопротивление уже потрёпанной 7-й румынской пехотной дивизии, к исходу дня овладела рядом высот южнее и юго-восточнее хутора Верхний Калининский. Последняя полоса обороны противника была прорвана.
За первые три дня наступления войска Юго-Западного фронта уничтожили до 17 000 солдат и офицеров противника и свыше 4000 взяли в плен, захватив при этом большие трофеи. К исходу 18 декабря фронт прорыва на богучарском направлении достигал 60 км, а на боковском — 15–20 км. Глубина проникновения наших войск в расположение противника составляла более 40 км на правом фланге и 15 км на участке левофланговой ударной группировки. В то же время расчленение обороны противника создало предпосылки для разгрома его сил по частям.
Первоначально масштабы свершившейся катастрофы оставались непонятными для самих немцев — тем более, что прорыв был осуществлен фактически на стыке зон ответственности двух групп армий, да вдобавок в полосе расположения войск союзников. Вот что пишет Манштейн:
«Рано утром 20 декабря явился немецкий генерал, командир корпуса, которому был подчинен правый фланг итальянцев[51], и доложил, что обе подчиненные ему итальянские дивизии поспешно отступают. Причиной отступления явилось, по-видимому, известие о том, что на фланге уже глубоко вклинились два танковых корпуса противника. Таким образом, фланг группы Холлидта был совершенно оголен.
Когда генерал Холлидт доложил об этом командованию группы армий, оно немедленно отдало приказ, чтобы упомянутый генерал (находившийся, собственно говоря, в подчинении группы армий „Б“) любыми средствами остановил отступающие итальянские дивизии. Группе Холлидта было приказано по-прежнему удерживать свои позиции на верхнем Чиру и обеспечить свой фланг, расположив на нем уступом одно из своих соединений.
Но в течение этого дня слабый фронт группы Холлидта также был прорван в двух местах. 7-я румынская пехотная дивизия самовольно отступила. Штаб 1-го румынского корпуса, которому был подчинен этот участок, в панике бежал со своего КП. Вечером 20 декабря обстановка в глубине за флангом группы Холлидта была совершенно неясна. Никто не знал, оказывают ли еще где-либо сопротивление итальянцы, которые раньше были соседями группы. Повсюду в тылу группы Холлидта были обнаружены передовые отряды танков противника, они достигли даже уже важной переправы через реку Донец у города Каменск-Шахтинский.