Когда в первых числах октября 4-й Донской конный корпус предпринял новый рейд в тыл советской 9-й армии, в борьбу с ним втянулся конный корпус С. М. Буденного, части 21-й стрелковой дивизии и 22-й железнодорожной бригады и местные воинские формирования Новохоперского и Борисоглебского уезда. Угроза со стороны красной кавалерии заставила генерала Мамантова отказаться от выполнения поставленной задачи и повернуть к Воронежу на соединение с 3-м Кубанским конным корпусом генерала Шкуро.

Вскоре состоялось переподчинение конного корпуса. Оно было ожидаемо. 7 октября С. М. Буденный получает директиву командующего Южным фронтом А. И. Егорова, в которой указывалось следующее:

«…Корпус переходит в подчинение непосредственно мне, 8-я армия отходит на линию реки Икорец от ст. Тулинова до устья. По имеющимся сведениям, Мамантов и Шкуро соединились в Воронеже…»

Буденный и корпусной Реввоенсовет решили нанести первый удар по корпусу белых кубанцев. Операция завязалась для красного командования неожиданно. Полки генерала Шкуро под прикрытием тумана ворвались в село Хреновое и с ходу атаковали здесь заставы 6-й кавалерийской дивизии. Комдив Апанасенко, однако, не растерялся, развернул главные силы дивизии и нанес ответный удар по белоказакам.

Тем временем по приказу Буденного 4-я кавалерийская дивизия Оки Городовикова зашла во вражеский тыл и нанесла по белоказачьей коннице сильный удар. Та такого сдвоенного натиска буденовцев не выдержала и начала отступать к Воронежу.

20 октября Верховный главнокомандующий Республики С. С. Каменев в разговоре по прямому проводу с командующим Юго-Восточным фронтом В. И. Шориным с удовлетворением отметил:

«Буденный вчера разбил два полка Шкуро. Этот небольшой успех хорош тем, что совершенно изменил намерение Шкуро, который только 18 октября отдал свой приказ, по которому видно, что он сам хотел разбить Буденного по частям…»

На рассвете 20 октября конный корпус С. М. Буденного, взаимодействуя с 12-й и 16-й стрелковыми дивизиями, перешел в наступление на воронежском направлении. Удар оказался выполнен блестяще: белые сосредоточили главные силы с восточной стороны города, красные атаковали Воронеж неожиданно с севера.

Вскоре в штаб Южного фронта пришло донесение от комкора С. М. Буденного: «После ожесточенного боя доблестными частями конкорпуса в 6 часов 24 октября занят город Воронеж. Противник отброшен за реку Дон. Преследование продолжается. Подробности дополнительно».

Победа под Воронежом значила многое: перед Красной армией открывался путь в Область войска Донского. Не случайно Михаил Шолохов в своем великом романе «Тихий Дон» о воронежской операции высказался в таких словах:

«…Вскоре обстановка на Южном фронте резко изменилась. Поражение Добровольческой армии в генеральном сражении на Орловско-Кромском направлении и блестящие действия буденовской конницы на воронежском участке решили исход борьбы; в ноябре Добровольческая армия покатилась на юг, обнажая левый фланг Донской армии, увлекая ее в своем отступлении».

Вечером 25 октября с Семеном Михайловичем по прямому проводу связались командующий Южным фронтом Егоров и член Реввоенсовета Сталин. Они объявили благодарность бойцам, командирам и комиссарам конного корпуса. А через несколько дней штаб корпуса получил приказ войскам 10-й армии № 148 от 31 октября, в котором, среди прочего, говорилось:

«Созданные долгими усилиями англо-французских капиталистов и Деникина конные корпуса генералов Шкуро и Мамонтова, как единственный оплот контрреволюции, разбиты наголову в боях под Воронежом красным конкорпусом тов. Буденного. Воронеж взят красными героями. Масса трофеев, подсчет производится.