Как же развивались события в полосе 3-й танковой армии?

Задержка сосредоточения войск 3-й танковой армии и артиллерии РГК, отсутствие требуемых для ведения наступления запасов боеприпасов, горючего и продовольствия привели к переносу начала наступления на утро 14 января. Из-за сильного тумана (видимость ограничивалась 5—10 метрами) командующий армией генерал Рыбалко вынужден был перенести начало артиллерийской подготовки с 8 часов на 10 часов 45 минут.

После артиллерийской подготовки, продолжавшейся полтора часа, стрелковые соединения 3-й танковой армии при поддержке 173-й и 179-й отдельных танковых бригад перешли в атаку. Противник, невзирая на понесенные в ходе артиллерийской подготовки потери, оказал упорное сопротивление. В результате продвижение стрелковых частей было медленным. Поэтому около трех часов дня генерал Рыбалко принял решение ввести в сражение эшелон развития прорыва. Это позволило сломить сопротивление врага, который начал поспешно отходить в северном и северо-западном направлениях. К исходу дня 14 января 12-й танковый корпус под командованием полковника М.И. Зиньковича продвинулся до 18 км и овладел Шрамовкой, а 15-й танковый корпус генерала В.А. Копцова, преодолев 20 км, занял Жилино, где разгромил штабы 24-го танкового корпуса, 385-й и 387-й пехотных дивизий и двух полков СС. С выходом на этот рубеж корпуса вынуждены были остановиться, так как в баках танков не осталось горючего.

В ночь на 15 января продолжала наступать только 106-я танковая бригада (16 танков) 12-го танкового корпуса под командованием полковника И. Е. Алексеева. Обходя узлы сопротивления, она на рассвете ворвалась в Россошь и освободила город. Однако в середине дня противник при поддержке авиации перешел в наступление. Бригада, израсходовав почти все горючее и боеприпасы, оказалась в окружении. Но танкисты не дрогнули. Стремительным ударом они пробились к станции и закрепились. Здесь в ожесточенном бою погиб командир бригады полковник И.Е. Алексеев.

Одновременно утром 15 января в наступление перешел 18-й отдельный стрелковый корпус, наносивший главный удар на Каменку. Часть сил (одна дивизия) корпуса наступала в направлении Марки, Старые Сагуны, чтобы во взаимодействии с 270-й стрелковой дивизией, наступавшей из района Павловска, уничтожить левофланговый корпус венгерской армии.

Утром 16 января к Россоши подошли главные силы 12-го танкового корпуса, и город вновь был освобожден от врага. В тот же день части 12-го танкового корпуса заняли Каменку, а 15-й танковый корпус – Ольховатку. В результате в окружении оказались итальянский корпус и часть сил 156-й пехотной дивизии. Оставалось только пленить или уничтожить эти части и соединения. Однако генерал Рыбалко допустил просчет: увлекшись, очевидно, первым успехом, он выделил для этой цели слишком мало сил – всего одну дивизию. Альпийские дивизии итальянцев смяли ее боевые порядки и начали отход на Валуйки, правда, без артиллерии и тылов.

17 января левофланговые соединения 40-й армии, наступавшие с севера, вышли к Острогожску. К исходу следующего дня 15-й танковый корпус и 305-я стрелковая дивизия 40-й армии вышли в район Алексеевки, замкнув кольцо окружения острогожско-россошанской группировки врага. Одновременно 12-й танковый и 18-й отдельный стрелковый корпуса 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. Из-за недостатка сил 3-я танковая армия и 18-й отдельный стрелковый корпус не смогли создать прочный внутренний фронт окружения. Несмотря на это, представитель Ставки ВГК генерал армии А.М. Василевский, командующий Воронежским фронтом генерал-полковник Ф.И. Голиков и член Военного совета фронта Ф.Ф. Кузнецов 18 января заверили И.В. Сталина в том, что «ликвидация противника, окруженного в районе восточнее Россошь, Подгорное (до пяти пд), и уничтожение отдельных групп в районе Каменка, Татарино потребуют еще два-три дня»