В подразделениях проводились партийные и комсомольские собрания, на которых были подведены итоги проделанной работе, отмечены ее недостатки и обсуждены конкретные задачи коммунистов и комсомольцев в предстоявшем штурме. Многие коммунисты получили партийные поручения по проведению бесед с прибывшим пополнением о способах борьбы с танками противника, об особенностях уличных боев, о действиях в составе штурмовых групп и др. Были проведены также беседы об укреплении воинской дисциплины, о бдительности и сохранении военной и государственной тайны. Большая работа проводилась по доведению боевой задачи до личного состава и по формированию и сколачиванию штурмовых групп, в состав которых в числе других включались опытные солдаты сержанты и офицеры из числа коммунистов и комсомольцев. Авиация продолжала наносить удары по войскам противника в районе железнодорожной станции, в юго-восточной части Черкасс, в районах хуторов Кирилловка и Даниловка.

К утру 9 декабря войска армии заняли исходное положение для наступления. В 8 часов 30 минут утра после 30-минутной артиллерийской подготовки начался штурм города.

С первых минут боя противник на всех участках наступления наших войск оказал упорное сопротивление. Наиболее ожесточенный характер носили бои в районе железнодорожной станции. Отражая яростные контратаки пехоты и танков врага и медленно продвигаясь, очищая от противника кварталы города, части 7-й гвардейской воздушно-десантной дивизии к исходу дня овладели железнодорожной станцией. Один полк этой дивизии, тесня противника в южном направлении, вышел на линию «Сар» (1,5 км юго-западнее станции), выемка с отметкой —1,5, обезопасив тем самым наступавшие на город главные силы армии от возможных ударов противника с юга. Части 254-й стрелковой дивизии вели наступление непосредственно в городе. Очистив от противника ряд кварталов, дивизия отразила во второй половине дня две сильные неприятельские контратаки. Одновременно с частями 254-й стрелковой дивизии в городе вели бои 294-я и 373-я стрелковые дивизии. Два полка 294-й стрелковой дивизии, наступая вдоль улиц в юго-восточном направлении.

Закрепившись на достигнутых рубежах, войска одновременно осуществляли перегруппировку, завершив ее в ночь на 13 декабря.

В 9 часов 13 декабря войска армии начали вторично штурм города. 294-я стрелковая дивизия, захватив несколько домов на окраине города, к 15 часам вклинилась в глубину обороны противника. Пехотинцы врывались в дома и, применяя гранаты и автоматическое оружие, очищали их от врага. Артиллеристы в упор расстреливали контратакующие танки противника. Минометчики метким огнем поражали следовавшую за танками пехоту. 7-я гвардейская воздушно-десантная дивизия в начале штурма продвижения не имела. Все, чем располагал противник на данном участке, было брошено на помощь черкасскому гарнизону. Враг пытался любой ценой затянуть бои и удержаться в городе. Необходимы были меры, которые обеспечили бы успешное завершение штурма. С этой целью командующий армией возложил на командующего артиллерией армии задачу держать под непрерывным огнем места скопления вражеских сил. Авиация должна была контролировать основные коммуникации противника. Для покрытия некомплекта в боевых подразделениях, понесших значительные потери, был направлен личный состав тыловых подразделений. К исходу дня 7-я гвардейская воздушно-десантная дивизия достигла юго-восточной окраины города и завершила очищение от гитлеровцев еще четырех кварталов. Сводный батальон 254-й стрелковой дивизии выбил противника с занимаемых позиций вдоль железнодорожной насыпи и, преодолев к 22 часам несколько неприятельских заслонов, создал благоприятные условия для перехода в наступление в полосе 254-й дивизии. 373-я стрелковая дивизия своим 1235-м полком с батальоном 1237-го стрелкового полка отбила все контратаки противника и в течение дня овладела тремя кварталами. Окончательно утратив веру в возможность удержать свои позиции в городе, противник стал отводить войска через Змогайловку на Смелу.