52-я армия генерал-лейтенанта К.А. Коротеева наносила удар в направлении Балаклея, Шпола и далее на Христиановку с разворотом части сил на Корсунь-Шевченковский. 4-я гвардейская армия генерал-майора А.И. Рыжова — в общем направлении на Ивангород, Златополь.

53-я армия генерал-лейтенанта И.В. Галанина с 5-м гвардейским механизированным корпусом генерал-майора Б.М. Скворцова получили задачу нанести удар на Малую Виску.

Главный удар фронт наносил на кировоградском направлении силами двух ударных группировок. Одна из них — 5-я гвардейская армия генерал-лейтенанта А.С. Жадова и 7-й механизированный корпус генерала Ф.Г. Каткова — должна была нанести удар в обход Кировограда с северо-запада, а другая — 7-я гвардейская генерал-полковника М.С. Шумилова и 5-я гвардейская танковая армии — с юго-запада с задачей окружить и уничтожить противника в районе Кировограда, а затем развивать наступление на Новоукраинку, Помощную.

Действия войск поддерживала авиация 5-й воздушной армии генерал-лейтенанта С.К. Горюнова.

Для проведения Никопольско-Криворожской операции 3-й и 4-й Украинские фронты планировали по три армейских удара.

Разгромить кировоградскую группировку немцев Конев планировал в течение двух дней, возлагая большие надежды на действия подвижных соединений. Так, генералу Жадову была поставлена задача освободить Кировоград к исходу первого дня операции. На подготовку к наступлению командующий фронтом дал двое суток.

Сосредоточение и перегруппировка войск проводились в строжайшей тайне. Необходимые распоряжения войскам отдавались устно или через офицеров связи. Всякие переговоры по телефону, связанные с предстоящим наступлением, категорически запрещались. Радиосредства работали только на прием. Все это обеспечило скрытность сосредоточения войск на направлении главного удара, в результате чего была достигнута внезапность.

Плотность артиллерии на участках прорыва составляла 120, в полосе 5-й гвардейской армии — 148 стволов на 1 км. Мощь огня снижалась тем, что фронт к началу операции располагал недостаточным количеством боеприпасов — 0,6–1,1 боевого комплекта, вследствие чего на артиллерийскую подготовку было отведено 0,6 и на поддержку атаки 0,4 боекомплекта. Погода не благоприятствовала применению авиации.

4 января с целью вскрыть огневую систему противника войска традиционно провели разведку боем.

Утром 5 января 1944 года, в день начала операции, из-за низкой облачности и тумана авиация подняться в воздух не смогла. Но улучшения погоды не предвиделось, и артподготовка началась в назначенное время.

В 9 часов по сигналу «Море» в атаку пошла пехота. На участке прорыва южнее Кировограда противник оказался слабо подавленным. Несмотря на все меры скрытности, немцам удалось вскрыть советские подготовительные мероприятия, они хорошо укрыли свою живую силу и огневые средства от артиллерийского огня и с началом атаки оказали ожесточенное сопротивление. Упорные атаки наших дивизий, следовавшие одна за другой, не приводили к успеху. Сказалось и отсутствие авиационной поддержки.

В этих условиях командующий фронтом приказал ввести в сражение 5-ю гвардейскую танковую армию Ротмистрова с задачей совместно с пехотой прорвать оборону и выполнить задачу дня.

Танковая армия вводилась двумя эшелонами: в первом — 29-й и 18-й танковые, во втором — 8-й механизированный корпуса. Однако и они, встретив на своем пути организованную оборону, насыщенную танками и противотанковой артиллерией, продвигались медленно. К исходу дня совместными усилиями стрелковых и танковых соединений удалось завершить прорыв только главной полосы.

Иначе развивался прорыв на направлении действий северной ударной группировки. Противник, узнав о сосредоточении 5-й гвардейской танковой армии южнее Кировограда, не среагировал на разведку боем в полосе северной ударной группировки и не уплотнил перед ней боевые порядки. В 9 часов пехота, поддержанная последовательным сосредоточением огня, перешла в атаку. В полосе 53-й армии одновременно с ней перешел в наступление 5-й гвардейский механизированный корпус. В 11 часов, после прорыва первой позиции, в полосе 5-й гвардейской армии вошел в сражение 7-й мехкорпус, имевший всего 41 танк. Удар двух армий, усиленных двумя танковыми корпусами, позволил в первые часы создать брешь в обороне шириною 18 км, которую противник не мог закрыть тактическими резервами, а оперативные находились южнее. Танковые корпуса прорвали вторую позицию, а затем и всю главную полосу обороны. К исходу дня механизированный корпус Каткова вырвался на глубину 24 км.

Для наращивания силы удара и развития успеха Конев перегруппировал на это направление из южной группировки 8-й механизированный корпус, забрав его у Ротмистрова и подчинив Жадову. Несмотря на усиление, северная группировка на оперативный простор выйти не смогла: противник, разобравшись, что главный удар теперь наносится севернее Кировограда, перебросил туда свои танковые части.

Однако ослабление немецкой обороны южнее города позволило 7-й гвардейской армии совместно с 5-й гвардейской танковой армией прорвать вторую полосу и к исходу дня продвинуться на глубину до 20 км, а передовыми частями выйти к юго-восточной окраине Кировограда.

За второй день южная группировка продвинулась еще на 6–7 км. В ночь на 7 января 29-й танковый корпус генерал-майора И.Ф. Кириченко вышел к южной окраине Кировограда, вслед за танкистами в город ворвались части 297-й и 50-й стрелковых дивизий.

К 9 часам 7 января 7-й и 8-й механизированные корпуса обошли город с северо-запада и перерезали шоссе и железную дорогу Кировоград—Новоукраинка. В то же время части 18-го танкового корпуса, наступавшие к югу от Кировограда, перерезали дорогу Кировоград—Ровное. Таким образом, группировка противника из четырех дивизий — 3-й и 14-й танковой, 10-й моторизованной и 376-й пехотной — действовавшая в районе Кировограда, лишилась основных путей отхода на запад. Южная группа соединилась с северной.

Немцы имели строгий приказ фюрера удерживать Кировоград любой ценой. Однако командир 3-й танковой дивизии генерал Байерлейн не видел смысла держать подвижную группировку привязанной к городу. Воспользовавшись отсутствием связи с вышестоящим начальством, генерал решил идти на прорыв.

«Встал интересный вопрос, — рассуждает немецкий историограф Пауль Карель. — Ведение последней войны в значительной степени определялось прогрессом средств связи. Серьезные оперативные решения можно было передать и начать приводить в исполнение в течение нескольких минут. Передислокация крупных соединений могла быть скоординирована с молниеносной быстротой. Если в прошлом курьеры должны были загонять своих лошадей только для того, чтобы обнаружить, что все равно опоздали, теперь требовались лишь зашифрованная радиограмма, непрослушиваемый разговор на дециметровой волне через сотни километров или диалог по телетайпу.

Однако достоинства средств современной коммуникации часто уничтожались своим недостатком — они ограничивали свободу действий боевых командиров во время сражений. Можно беспрестанно задавать вопросы, муштровать командиров и менять приказы, не зная местных условий. Таким образом, и на немецкой, и на русской стороне в последнюю войну инициативу боевых офицеров и командующих держали в узде. Это обстоятельство имело особенно катастрофические последствия. Сталинград — самая яркая иллюстрация, а было и много других убедительных случаев. Так, неожиданный обрыв связи мог явиться для боевого командира счастливой паузой, во время которой он мог полагаться только на собственное суждение и собственную совесть солдата».