На рассвете 13 января в полосе 40-й армии была проведена еще более мощная, чем накануне, артиллерийская подготовка. Результаты артподготовки, выявленные после прорыва обороны противника, подтвердили ее высокую эффективность. На переднем крае и в глубине было разрушено множество дзотов, блиндажей, наблюдательных пунктов, узлов связи, стыков траншей и ходов сообщения, огневых позиций минометов и артиллерии. После завершения артиллерийской подготовки войска первого эшелона армии перешли в наступление с рубежей, достигнутых передовыми батальонами. Это позволило идти в атаку по ровному месту, а не из низины, где раньше находились исходные районы для наступления. Кроме того, вступив в сражение с нового рубежа, части избежали необходимости с боем преодолевать глубокий овраг севернее Урыво-Покровского.

Войска 3-й танковой армии прорвали оборону врага в первый же день и к исходу 14 января продвинулись на глубину до 25 км. К исходу следующего дня войска 40-й армии и 18-й отдельный стрелковый корпус завершили прорыв вражеской обороны и развернули наступление в ее оперативной глубине. 17 января левофланговые соединения 40-й армии, наступавшие с севера, вышли к Острогожску. Одновременно туда с востока прорвались правофланговые части 18-го отдельного стрелкового корпуса. Отступившие в район Острогожска войска противника оказались в окружении и к 20 января были уничтожены. К исходу 18 января 15-й танковый корпус 3-й танковой армии и 305-я стрелковая дивизия 40-й армии вышли в район Алексеевки, замкнув кольцо окружения всей острогожско-россошанской группировки врага. В окружении оказались 13 дивизий противника. Одновременно 12-й танковый корпус 3-й танковой армии и 18-й отдельный стрелковый корпус встречными ударами с юга и севера в общем направлении на Карпенково рассекли окруженную группировку противника на две части. Одна из них (5 дивизий) была блокирована в районе Острогожск, Алексеевка, Карпенково, другая (8 дивизий) — в районе севернее Россоши. 18–19 января был создан и внешний фронт окружения. На северном фланге его образовали соединения 40-й армии, на южном — 7-й кавалерийский корпус (с 19 января преобразован в 6-й гвардейский кавалерийский корпус), который 19 января вышел к р. Оскол, овладев Валуйками и Уразовом.

Войска 6-й армии, сломив сопротивление итальянского 2-го армейского корпуса, вышли на р. Айдар. На завершающем этапе операции войска Воронежского фронта уничтожали окруженные группировки противника и продолжали развивать наступление на старооскольском направлении (в полосе 40-й армии). К 24 января главные силы 40-й армии вышли на рубеж Семидесятское, Городище. В этот день началась Воронежско-Касторненская операция, к участию в которой привлекалась и армия Москаленко, получившая от командующего фронтом новую задачу. 24 января была ликвидирована острогожская группировка, а 27 января — россошанская. Однако полностью уничтожить противника не удалось. Из-за недостатка сил 3-я танковая армия и 18-й отдельный стрелковый корпус не смогли создать прочный внутренний фронт окружения. Имевший над ними значительное численное превосходство противник, хотя и с большими потерями, сумел частью сил прорваться в западном направлении.

В результате Острогожско-Россошанской операции было нанесено крупное поражение группе армий «Б»: 15 дивизий были разгромлены (из них 3 уничтожены), и 6 понесли тяжелые потери. Противник потерял свыше 140 тыс. солдат и офицеров, в том числе 86 тыс. пленными. Взломав оборону противника на 250-километровом фронте, советские войска за 15 дней наступления продвинулись на глубину 60–130 км. Воронежско-касторненская группировка врага была глубоко охвачена с юго-востока, в результате чего создались благоприятные условия для ее уничтожения и окончательного разгрома группы армий «Б». Поражение противника на Верхнем Дону привело к образованию в его обороне между Воронежем и Кантемировкой огромной (до 250 км) бреши, что облегчило советским войскам наступление на харьковском направлении.

В то время как войска Воронежского фронта развивали успешное наступление, Жуков уже находился на другом направлении — с 10 по 24 января он координирует действия войск Волховского и Ленинградского фронтов по прорыву блокады под Ленинградом.

Эта операция получила кодовое наименование «Искра». В Ленинграде в начале января 1943 г. находился представитель Ставки ВГК маршал К. Е. Ворошилов. Он посылал Сталину одно донесение за другим о том, что успешный исход операции не вызывает сомнений. 6 января Ворошилов сообщал: «Об „Искре“ по всем признакам пока противник не смекает. Фронты ведут работу как следует, скрытно». Такое благодушное настроение насторожило Сталина, и он счел необходимым, чтобы Жуков на месте проверил, как готовится «Искра».

По пути Георгий Константинович заехал в Москву, чтобы еще раз переговорить со Сталиным. Домой заехать не довелось, оставил для жены короткое письмо:

«8 января 1943 года

Милый мой Шурик!

Какая неудача! Хотел я к тебе заскочить на 30–40 минут, но, увы, ты оказалась в театре. Ты, конечно, скажешь, что виноват я — не предупредил тебя о своем намерении. Так получилось, что задержался с передачей поезда с одной дороги на другую. Но что делать? Разделим вину пополам.

Как твое самочувствие? Я пока ничего. Здоров. Кроме проклятого сустава. Он все-таки меня угнетает. По возможности стараюсь лечить соляными ваннами и тепловыми лучами.

Ну, вот пока и все…

Твой Жорж».

10 января Жуков прибыл в штаб Волховского фронта, затем он ознакомился с положением дел во 2-й ударной (генерал Романовский) и 8-й (генерал Стариков) армиях. В тот же день Георгий Константинович докладывает в Ставку ВГК:

«Сегодня был на командном пункте Романовского и Старикова, с которыми подробно разобрал обстановку и принятые решения. Разобрал также обстановку с командиром 128 сд и его решение на бой.

Основными недочетами в решениях и обеспечении операции являются:

1. Дивизии, наступающие в общем направлении на Рабочий поселок № 8 в обход синявинского узла сопротивления, не имели танков и по опорному пункту Рабочий поселок № 8 было недостаточно сосредоточено огневых средств. Отсутствие танков и недостаточное количество огневых средств не гарантировали прорыв.

2. Взаимодействие на стыках армии, соединений и частей отработано слабо.

3. Расположение дивизионных резервов в боевых порядках было слишком близкое, и по существу резервы превращались во вторые эшелоны, отмененные Вашим приказом. Удаленность их от 1-го эшелона на 1–1,5 км могла привести к большим потерям.

4. Кроме того, обнаружен ряд мелких тактических и технических недостатков.

5. По всем обнаруженным недостаткам даны исчерпывающие указания Афанасьеву (псевдоним К. А. Мерецкова. — Авт.) и командирам».

Представитель Ставки просил срочно подать для фронта воздухоплавательный аэростатный отряд, одно-два звена самолетов-корректировщиков, дополнительно отпустить следующее количество боеприпасов: 122-мм гаубичных — 20 тыс.; 152-мм пушечно-гаубичных — 15 тыс.; 120-мм мин — 60 тыс.; снарядов М-30–1,5 тыс., М-20–3 тыс., М-13–3,5 тыс.