Подвижные соединения Юго-Западного фронта были введены в бой 16 декабря. На следующий день они совместно с пехотой прорвали вражеский фронт и с 18 декабря перешли к стремительному преследованию противника, громя отходящие части и тылы 8-й итальянской и остатков 3-й румынской армий.

17-й танковый корпус 6-й армии 19 декабря занял город Кантемировка, 22 декабря вышел в район Волошино, а 25 декабря в район Миллерово. Отсюда согласно указаниям командующего фронтом корпус 28 декабря направился на Стрельцовку с целью нанести удар по прорвавшимся частям противника.

24-й танковый корпус, продвигаясь точно по заданному маршруту через селения Маньково-Калитвенская, Дегтево и громя тылы 8-й итальянской армии, 24 декабря занял город и железнодорожную станцию Тацинская, где захватил большие трофеи. Здесь находились вражеские аэродромы. Удар по ним был настолько стремительным и неожиданным, что немцы не успели поднять в воздух свои самолеты. 350 машин осталось на аэродромах. Части корпуса в районе города были окружены подошедшими резервами противника и в течение пяти дней вели тяжелые бои, отражая неоднократные вражеские атаки. 28 декабря, уничтожив захваченные самолёты, ударом в северо-западном направлении танкисты прорвали кольцо окружения и по приказу командующего фронтом отошли в район крупного населённого пункта Ильинка. В дальнейшем корпус получил задачу нанести совместно с 25-м танковым корпусом удар по противнику, занимавшему районный центр Скосырская, где он оказывал упорное сопротивление. Интересно отметить, что кодом визуального опознавания для пехотинцев и танкистов в 24-м танковом корпусе в момент проведения операции являлись шапки-ушанки «с горизонтально опущенными ушами».

25-й танковый корпус, продвигаясь в направлении Арбузовка, Сетраковский, Кашары, 24 декабря подошел к Морозовскому и совместно с 1-м механизированным корпусом завязал напряженные бои с частями 23-й и 306-й пехотных немецких дивизий, подготовивших оборону на рубеже Чернышковский, Морозовский, Семеновка. С подходом к району города Морозовский стрелковых дивизий 25-й танковый и 1-й механизированный корпуса получили задачу — во взаимодействии с 24-м танковым корпусом нанести удар противнику в районе Скосырская.

1-й механизированный корпус, продвигаясь от районного центра Боковская через Н. Астахов в южном направлении, 23 декабря вышел в район станицы Милютинская. Здесь он встретил упорное сопротивление перешедших к обороне по рубежу реки Гнилая частей 306, 294-й пехотных и остатков 22-й танковой немецких дивизий. На следующий день, 24 декабря, корпус разгромил эти войска противника и подошел к рубежу Урюпин, Белояровка, где завязал упорные бои с неприятельскими частями, оборонявшими район Морозовский.

18-й танковый корпус только утром 19 декабря форсировал реку Богучарка, на следующий день занял Мешков, а 22 декабря подошёл к селению Верхний Чирский. Здесь корпус получил задачу выдвинуться через Дегтево в юго-западном направлении с целью нанести удар по Миллерово с востока. Подойдя к нему утром 24 декабря, танкисты пытались овладеть этим пунктом с ходу, но успеха не имели. Противник, сосредоточивший в Миллерово сильный гарнизон, упорно оборонял его до середины января, не считаясь при этом ни с какими потерями.

Продвигавшиеся за танковыми корпусами стрелковые дивизии очищали от противника захваченные районы и блокировали вражеские гарнизоны, оказывавшие сопротивление в населенных пунктах.

Стрелковые дивизии 6-й армии, выйдя на рубеж Новая Калитва, Голая, Ново-Марковка, встретили упорное сопротивление врага и дальше продвинуться не могли.

Стрелковые соединения 1-й гвардейской армии, успешно продвигаясь в юго-западном направлении, 30 декабря вышли на рубеж Бондаревка, Стрельцовка, Лозовая, Первомайский, Миллерово. В районе Мешков, Журавка, Арбузовка они окружили и разгромили части 3, 9, 52-й итальянских и 298-й немецкой пехотных дивизий, причем захватили в плен более 15 тысяч человек. Частью сил армия блокировала пункты Гартмашевка, Чертково и Миллерово, занимавшиеся гарнизонами противника. Борьба здесь затянулась и была закончена лишь к середине января 1943 года.

Стрелковые соединения 3-й гвардейской армии к 30 декабря частью сил вышли на фронт Никольская, Ильинка, частью же сил вели напряженные бои за районный центр Скосырская, города Морозовский, Чернышковский, оттянув в эти районы значительные силы противника из его тормосинской группировки.

5-я танковая армия прорвала неприятельский фронт на узком участке восточнее станицы Обливская и захватила Дальнеподгоровский, но развить своего успеха не смогла.

Таким образом, 30 декабря войска Юго-Западного фронта поставленную им задачу выполнили. Главные силы 8-й итальянской армии, остатки 3-й румынской армии и немецкие дивизии, как составлявшие оперативные резервы группы «Юг», так и переброшенные из Западной Европы, были разгромлены. Тормосинская группировка противника, вовлеченная своей значительной частью в бои в районе Тацинская, Морозовский, Обливская, не могла быть использована для оказания помощи окруженным под Сталинградом немецким армиям.

За время боев в районе Среднего Дона наши войска продвинулись к западу на 100–150 и более километров. Были разгромлены при этом 62, 294, 298, 306-я пехотные, 11-я танковая немецкие дивизии, соединения 8-й итальянской армии (пехотные дивизии: 3-я «Равенна», 3-я «Челере», 5-я «Коссерия», 2-я «Сфорцеска», 9-я «Пасубио», 52-я «Торино» и 1-я бригада чернорубашечников), а также 7-я и 11-я пехотные румынские дивизии.

Большие потери были нанесены, кроме этого, еще четырем дивизиям противника.

Только убитыми вражеские войска потеряли здесь за этот период 59 тысяч человек. 60 050 солдат и офицеров противника были захвачены в плен. В руки наших войск попали многочисленные трофеи; среди них — самолётов 368, танков 178, орудий 1927, автомашин 7414, не считая уничтоженных.

Успешное наступление Юго-Западного фронта, окончательно лишило противника возможности оказать помощь окружённой под Сталинградом группировке со стороны Среднего Дона. Одновременно были созданы благоприятные предпосылки для разгрома немецких войск, группировавшихся на котельниковском направлении, а также для последовавшего в январе 1943 года наступления Юго-Западного фронта на ворошиловградском направлении.

В результате разгрома на Дону румынской, а затем итальянской армий южный фланг ударной группировки немецких войск, готовящейся к прорыву сталинградской блокады, оказался открытым. Железнодорожная магистраль, по которой шло основное снабжение Тормосинской группировки, была перерезана. Немецкое командование окончательно отказалось от идеи деблокирования своих войск, зажатых в «сталинградском кольце». Боясь нового окружения, оно стало выводить дивизии из района Нижне-Чирская — Тормосин.

В своем отчете командующий 8-й армией Гарибольди патетически писал о «52 днях беспрерывной битвы против превосходящих сил противника», которые пришлось выдержать итальянским дивизиям. В действительности основные силы 8-й армии — 6 дивизий — вышли из боя и передали свой сектор немецкому корпусу 30 декабря, то есть через 15 дней после начала наступления советских войск. Остальные итальянские дивизии, составлявшие альпийский корпус, и дивизия «Винченца», наоборот, до середины января спокойно оставались на Дону, южнее Воронежа, оказавшись вне волны советского наступления. Исключением была дивизия «Юлия», участвовавшая в неудачных попытках немецких войск провести контратаку против правого фланга армии генерала Харитонова. Ее место на правом фланге альпийского корпуса заняла дивизия «Винченца».