Несмотря на все эти трудности, корпус, посадив мотострелковую бригаду на танки, вышел к Новомеловому и Старомеловому, продвинувшись за день на 16 км. С наступлением темноты он освободил эти населенные пункты. Потери его при этом были весьма значительными, так как из-за снежных заносов бригады вводились в бой поочередно и вынуждены были действовать только вдоль дороги.

Двигаться дальше к Горшечному кратчайшим путем не удалось. Разведка, посланная вечером в направлении населенного пункта Нижне-Гнилое, обнаружила там противотанковый опорный пункт. Противник готовился к отражению удара. Генералу А. Г. Кравченко предстояло либо идти в лоб на врага, либо искать иной маршрут. Он предпочел последнее. Вновь посланная разведка доложила, что в населенном пункте Болото оборона организована значительно слабее. Это и предопределило дальнейшие действия корпуса. Утром 25 января он перешел в наступление на населенный пункт Болото, уничтожил там вражеский гарнизон и подошел к Горшечному с той стороны, откуда противник не ожидал наступления. Немецкие войска были захвачены врасплох. Это способствовало тому, что оборона противника была быстро смята. Танковый корпус с ходу ворвался в Горшечное и овладел им. Согласно плану, корпус должен был развивать успех на Касторное. Но танки израсходовали горючее. Тылы же безнадежно отстали, и автоцистерны с горючим не могли пробиться сквозь снежные заносы.

Тем временем стрелковые дивизии, используя успех 4-го танкового корпуса, на всем фронте прорвали оборону противника. Они устремились на север и северо-запад, в глубь немецкой обороны, отрезая пути отхода основным силам 2-й немецкой армии.

Немецкое командование, поняв, что 2-я армия может опять оказаться в мешке, а пути отхода будут перерезаны уже в ближайшее время, стало поспешно отводить главные силы из Воронежа за Дон. Тогда командующий 60-й армией генерал И. Д. Черняховский приказал своим соединениям немедленно перейти в наступление и овладеть городом. Отступая, немцы подожгли город и взорвали почти все здания. К утру 25 января после упорных и ожесточенных боев старинный русский город Воронеж был очищен от оккупантов. Развивая наступление, соединения армии к исходу дня форсировали Дон и овладели западным берегом реки.

Развитие наступления. Утром следующего дня началось общее наступление всех четырех советских армий. Так как погода улучшилась, авиация смогла нанести бомбовые и штурмовые удары. В это время танки непосредственной поддержки пехоты проходили через боевые порядки стрелковых частей. С последним залпом гвардейских минометов по переднему краю обороны противника на всем фронте ударной группировки перешли в атаку пехота и танки. К исходу дня соединения 13-й армии прорвали главную полосу немецкой обороны и вышли к сильному ее узлу — населенному пункту Волово. Так была пробита с севера еще одна брешь в обороне противника.

Уверенно действовала 25 января и 40-я армия Москаленко. 25-я гвардейская стрелковая дивизия генерал-майора П. М. Шафаренко, продолжая развивать наступление, совместно с 96-й танковой бригадой имени Челябинского комсомола (танки «Челябинский комсомолец») под командованием генерал-майора танковых войск В. Г. Лебедева (на 1 февраля 1943 года имела 8 Т-34 и 8 Т-60) продвигалась вслед за 4-м танковым корпусом и в середине дня вышла к населенным пунктам Старомеловое и Новомеловое. К исходу дня ее части продвинулись на 18 км, разгромили до батальона пехоты 68-й немецкой дивизии в Нижне-Гнилом и овладели этим населенным пунктом, превращенным противником в опорный пункт сопротивления.

183-я стрелковая дивизия генерал-майора А. С. Костицына и 129-я стрелковая бригада (командир — полковник И. И. Ладыгин) в этот же день продвинулись до 12 км. Исключение составляли лишь их части на смежных флангах, действовавшие у разграничительной линии с 60-й армией, которые продвинулись вперед всего на 2–3 км. Это объяснялось тем, что расположенный на смежных флангах двух армий населенный пункт и узел дорог Синие Липяги был превращен 57-й пехотной дивизией противника в мощный опорный пункт. Его гарнизон мешал продвижению войск армии. Наступающие части 183-й стрелковой дивизии он контратаковал силами до двух батальонов, а подразделения 129-й стрелковой бригады встретил мощным фланкирующим огнем артиллерии, минометов и пулеметов.

Даже когда части армии обошли и блокировали этот опорный пункт, противник продолжал оказывать упорное сопротивление. Только после того как наступающие войска 40-й армии начали продвигаться на Нижнедевицк, гарнизон Синих Липяг предпринял несколько попыток прорваться на север. Но было поздно. Отразив все его атаки и нанеся ему большой урон, советские войска вскоре освободили этот населенный пункт, и немецкий гарнизон прекратил существование.

Поняв, что 2-я немецкая армия находится в «мешке» и что выход из него будет перекрыт в ближайшие дни, германское руководство предприняло ряд мер по выходу из окружения. От захваченных в плен офицеров советское командование узнало, что их частям приказано начать с утра 26 января отход на запад. Стало также известно, что накануне, 25 января, в восточной зоне дуги противник уже отвел свои войска за Дон, оставив в районе Воронежа только сильное прикрытие. Часть высвободившихся таким образом сил он перебрасывал на Нижнедевицк, где намеревался использовать их для сковывания наступающих соединений 40-й армии.

В этом, собственно, и заключалась тактика, при помощи которой германское командование рассчитывало вырваться из «мешка». В соответствии с ней оно оставляло, подобно тому, как это было в Синих Липягах, сильные подвижные арьергарды на выгодных рубежах, узлах дорог и в населенных пунктах, стремясь под их прикрытием отвести на запад свои главные силы.

Наращивая силу удара, командующий 13-й армией генерал Н. П. Пухов ввел в сражение подвижную группу — 129-ю танковую бригаду полковника Н. В. Петрушина (на 20 января 1943 года 48 боеспособных танков: 7 КВ, 21 Т-34, 20 Т-60, 5 тракторов ЧТЗ-60 и 2 тягача). Танкисты обошли населенный пункт Волово с флангов и вместе с подошедшей 307-й дивизией очистили его от противника. Путь на Касторное с севера был открыт. Попавший в плен начальник разведки 82-й немецкой пехотной дивизии обер-лейтенант Мюллер вынужден был признать: «Русские прорвали нашу оборону и двинулись вперед с такой быстротой, что мы даже опомниться не успели. Командир дивизии убежал на машине, и я его больше не видел… На третий день боев в дивизии осталось не более тысячи солдат».

Немецкое командование понимало: с потерей Касторного возникает реальная угроза окружения основных сил 2-й немецкой армии, а это может привести к образованию огромной бреши в обороне на курском и белгородском направлениях. Поэтому оно принимало все меры, чтобы задержать продвижение советских войск и успеть отвести свою группировку на запад. Бои за населенный пункт Касторное принимали все более ожесточенный характер. Первой на северо-западную окраину города ворвалась 118-я танковая бригада подполковника Л. К. Брегвадзе. На вокзале танкисты увидели на путях готовые к отправке эшелоны с немецкими войсками и техникой. Один из эшелонов уже стал отходить от станции. Однако танк командира 1-го батальона капитана И. И. Волкова в упор расстрелял паровоз, а затем открыл огонь по вагонам. Попытка немцев вывезти войска и технику была сорвана.

Утром 28 января с юга в Касторное ворвался сводный отряд 40-й армии во главе с командиром 45-й танковой бригады 4-го танкового корпуса подполковником П. К. Жидковым. Положение противника становилось критическим. «К моменту выхода в район Касторное оперативная обстановка для нас складывалась довольно благоприятно, так как в обороне врага на участке от железной дороги Касторное — Курск до Купянска образовалась примерно 300-километровая брешь, слабо прикрытая войсками», — отмечал впоследствии маршал А. М. Василевский.

Несмотря на все усилия германского командования, немецкие войска не смогли удержать Касторное. Совместными усилиями армий Брянского и Воронежского фронтов важный узел коммуникаций 29 января был полностью освобожден. Одновременно юго-восточнее Касторного были окружены семь немецких (57, 68, 75, 88, 323, 340-я и 377-я) и две венгерские (6-я и 9-я) дивизии. Причем это произошло как раз в те дни, когда советские войска завершали уничтожение 6-й немецкой армии в районе Сталинграда. Как и армия Паулюса, 2-я немецкая армия считалась одной из лучших в вермахте, и обе они бесславно закончили свое существование. Почти полностью были разгромлены и венгерские войска.