Под Воронежем была разгромлена 203-тысячная 2-я венгерская армия. Ее гибель стала самым крупным поражением за всю почти тысячелетнюю историю этого европейского государства. В многотомной истории Венгрии есть раздел «Воронежское бедствие».
В те дни, когда войска Донского фронта Рокоссовского доколачивали окружённую в Сталинграде армию Паулюса в ходе операции Кольцо, на другом участке советско-германского фронта происходила битва, о которой теперь почему-то мало кто вспоминает. Не вспоминают, несмотря на то, что в этой битве войска Воронежского фронта генерала Голикова одержали весьма убедительную победу.
Когда к середине января 1943 года, в результате операций «Уран» и «Малый Сатурн» фронт немецкой группы армий «Б» утратил свою целостность наши войска получили возможность постепенного сокрушения немецкого фронта путём последовательного обхода его открытого фланга. В случае окружения оборонявшейся на Верхнем Дону 8-й итальянской армии открывался фланг 2-й венгерской и 2-й немецкой армий к югу от Воронежа, а также освобождалась железная дорога Воронеж – Лиски – Кантемировка – Миллерово. Окружение же группы армий «Б» открывало путь для советских войск в тыл группы армий «Центр», позиции которой на Ржевско-Вяземском выступе незадолго до этого безуспешно штурмовали войска Западного и Калининского фронтов.
Перед Воронежским фронтом ставилась задача разгромить 2-ю венгерскую и часть сил 8-й итальянских армий (22 дивизии), входившие в группу армий «Б», чтобы создать условия для последующего наступления на курском и донбасском направлениях.
Для проведения операции Воронежский фронт был усилен 3-й танковой армией генерала Рыбалко в составе 12-го и 15-го танковых корпусов, 179-й отдельной танковой бригады, 48-й гвардейской и 184-й стрелковых дивизий. Голикову также передавались 4-й танковый корпус генерала Кравченко, 7-й кавалерийский корпус генерала Соколова и другие более мелкие соединения. Всего Воронежский фронт состоял из 23 стрелковых дивизий и пяти стрелковых бригад. В каждой дивизии было в среднем по 7 тысяч человек.
В составе фронта имелось 896 танков: 112 KB-1c, 405 T-34 , 87 М3 «Ли», 263 Т-60 и Т-70 и 29 М3 «Стюарт». В отсутствие заметного общего численного перевеса над противником в результате перегруппировки сил войскам Воронежского фронта удалось достичь превосходства на участках прорыва. Тактические плотности на участках прорыва армий составляли: 1,7–3,3 батальона, 41–108 орудий и минометов и 10–22 танка на 1 км фронта. Превосходство над противником при прорыве главной полосы его обороны выражалось: по пехоте – в 2,3–3,7 раза и по артиллерии – в 5–8 раз.
Наступление войск Воронежского фронта началось 12 января боем передовых батальонов в районе Сторожевского плацдарма. Их успех на следующий день развили главные силы 40-й армии. 14 января в операцию включились 3-я танковая армия и 18-й отдельный стрелковый корпус, а также 6-я армия Юго-Западного фронта.
14 января в ходе Острогожско-Россошанской операции произошёл случай, когда танковый экипаж Павла Захарченко на Т-70 протаранил два венгерских танка и взял в плен командира танковой дивизии.
К исходу 15 января войска 40-й и 3-й танковой армий прорвали оборону противника на всю тактическую глубину и разгромили его четыре дивизии. 18-му стрелковому корпусу не удалось с ходу прорвать вторую полосу обороны. Гитлеровцы заняли ее резервами и, оказав организованное сопротивление, задержали продвижение частей корпуса. Однако отвлечение резервов противника в полосу наступления 18-го корпуса способствовало развитию успеха, достигнутого главными ударными группировками.
16 января войска фронта начали охватывать острогожско-россошанскую группировку противника. Спустя два дня соединения 40-й и 3-й танковой армий вышли в район Алексеевки и завершили окружение 13 вражеских дивизий. В то же время 18-й стрелковый корпус с севера, 12-й танковый корпус 3-й танковой армии с юга встречными ударами в общем направлении на Карпенково расчленили группировку противника на две части: одна (пять дивизий) находилась в районе Острогожск, Алексеевка, Карпенково, а другая (восемь дивизий) – севернее и северо-восточнее Россоши. Одновременно создавался и внешний фронт окружения. На севере он был образован правофланговыми соединениями 40-й армии на удалении 40–50 км от окруженных дивизий врага, на юге – 7-м кавалерийским корпусом генерала С. В. Соколова, соединения которого к утру 19 января овладели важным железнодорожным узлом Валуйки. К этому же времени 6-я армия, отбрасывая арьергарды противника, вышла на реку Айдар.
К моменту завершения окружения советские войска взяли в плен около 52 тыс. вражеских солдат и офицеров.
Непосредственным продолжением Острогожско-Россошанской операции стала операция по освобождению Воронежа, названная Воронежско-Касторненской. Это была классическая операция на окружение. Точкой приложения сил был избран поселок и железнодорожный узел Касторное, в основании Воронежского выступа. 24 января 1943 года началось наступление на южном фланге (40-я армия, 4-й танковый корпус).
Наступление 40-й армии развивалось медленно. Метель (и, как следствие, плохая видимость) снизила эффективность артподготовки. Наступающие были вынуждены преодолевать глубокие снежные заносы. Тем не менее, 25 января сопротивление противника было сломлено, 4-й танковый корпус ворвался в Горшечное.
25 января 60-я армия перешла в наступление с востока, и полностью очистила от немцев Воронеж.
В период с 19 по 27 января производилась окончательная ликвидация расчлененной на части острогожско-россошанской группировки немецких, итальянских и венгерских войск. Бои по уничтожению войск противника в Острогожске и в районе северо-восточнее Алексеевки продолжались с 19 по 24 января. В этих боях принимали участие войска всех трех ударных группировок фронта.
Быстрее всего были уничтожены венгерские и отдельные части немецких войск в Острогожске. Город был в течение 19 и 20 января силами 107, 340, 309-й стрелковых дивизий и 129-й стрелковой бригады взят штурмом. Большая часть гарнизона была пленена или уничтожена в ходе боев за город, лишь незначительной части удалось пробиться в район Алексеевки. Высвободившиеся в результате ликвидации острогожской группировки противника войска 40-й армии были направлены на ликвидацию «котла» в районе северо-восточнее Алексеевки.
В этих боях приняли участие 305, 340, 309-я стрелковые дивизии и части 15-го танкового корпуса. Противник в этом районе располагал значительными запасами продовольствия и боеприпасов, так как в лесу северо-восточнее Алексеевки были армейские склады 2-й венгерской армии. В течение 19–24 января эта группировка также была ликвидирована. В плен сдались около 9 тыс. человек, примерно столько же было уничтожено в ходе боев и около 12 тыс. человек смогли пробиться по коридору на запад.
Дольше всего просуществовал «котел» площадью около 150 кв. км в районе Россоши. В его ликвидации принимали участие 219, 270, 180-я и 160-я стрелковые дивизии, 113-я и 195-я танковые бригады. Пытавшиеся прорваться на запад части попадали под удар перегруппировывавшихся к реке Оскол соединений 3-й танковой армии, а самые удачливые были встречены у Валуек частями 7-го кавалерийского корпуса. Точку в операции поставила 27 января капитуляция остатков 3-й, 4-й и 156-й итальянских дивизий вместе с их штабами.
За 15 дней, которые длилась Острогожско-Россошанская операция, советские войска продвинулись на 140 км на запад и освободили железнодорожный участок Лиски – Кантемировка, улучшив снабжение войск на южном секторе фронта. Овладение станцией Валуйки вырвало из рук противника рокаду Касторное – Ворошиловград, лишив его тем самым возможности маневрировать резервами вдоль фронта. С 13 по 27 января было взято в плен около 86 тыс. солдат и офицеров противника, что вполне сопоставимо с числом пленных, захваченных под Сталинградом. Венгерская армия потерпела самое крупное поражение за всю ее историю.
Другим важным последствием разгрома противника на Верхнем Дону стало оставление немцами Ржевско-Вяземского выступа - 9-я немецкая армия генерала Моделя была вынуждена без боя покинуть крепкие позиции, которые немцы успешно обороняли 15 месяцев, и 4 марта 1943 года войска 30-й армии нашего Западного фронта вошли в покинутый немцами Ржев.