В соответствии с директивой Ставки ВГК рано утром 16 декабря войска Юго-Западного (1-я и 3-я гвардейские армии) и левого крыла Воронежского (6-я армия) фронтов перешли в наступление. Перед советскими войсками оборонялась 8-я итальянская армия, оперативная группа Голлидта и остатки 3-й румынской армии. В ходе ожесточённых двухдневных боёв советские танковые корпуса и пехота прорвали оборону противника. К исходу 18 декабря 1-я гвардейская и 6-я армии расширили фронт прорыва до 60 км. К этому времени 3-я гвардейская армия пробила 20-километровую брешь в обороне немцев и их союзников [19; 208 – 209], [21; 47 – 48], [14; 137].
Развивая успех, советские соединения заняли Новую Калитву и Кантемировку. 17-й и 18-й танковые корпуса двигались на Миллерово, а 24-й и 25-й танковые корпуса – на Тацинскую и Морозовскую.
20 декабря войска Юго-Западного фронта вступили на территорию Ворошиловградской области. Тем самым было начато освобождение Украины.
К исходу 21 декабря были окружены три итальянские и одна немецкая пехотные дивизии северо-восточнее Алексеево-Лозовское. Эта группировка врага была ликвидирована к 24 декабря. В плен попало более 15 тысяч вражеских солдат и офицеров. Были также окружены группы противника юго-восточнее Кантемировки, в Чертково, в Верхне-Чирском, восточнее Каменского [21; 48], [19; 209 – 210].
В связи с вышеописанными событиями над группой армий «Дон» с севера нависла опасность, и Манштейн вынужден был начать «раздёргивать» свои ударные группировки, чтобы обеспечить северный фланг группы. В частности, 6-я танковая дивизия немцев из состава котельниковской группировки, рвавшейся к Сталинграду, была переброшена в направлении Тацинской [19; 211].
Но именно 24 декабря, когда танки, бронетранспортёры и автомашины этой выведенной из боя немецкой дивизии, растянувшись в длинные колонны, двигались к новому месту сосредоточения, на котельниковском направлении советские войска нанесли мощный контрудар. В контрударе приняли участие 2-я гвардейская, 51-я и 5-я ударная армии Сталинградского фронта [26; 222], [19; 217], [14; 138].
Главный удар навстречу котельниковской группировке немцев наносила 2-я гвардейская армия (в её состав был передан 7-й танковый корпус из состава 5-й ударной армии). 51-я армия наступала на Котельниково с востока и северо-востока, а два её механизированных корпуса (3-й гвардейский и 13-й) одновременно осуществляли охват группы Гота с юга [26; 222], [19; 217].
В первый день наступления войска 2-й гвардейской армии прорвали оборону противника и захватили переправы через реку Мышкова. Подвижные соединения армии были введены в прорыв. 27 декабря к Котельниково с запада вышел 7-й танковый корпус, а 6-й механизированный корпус обошёл Котельниково с юго-востока. В это же время механизированные корпуса 51-й армии отрезали группировке противника пути отхода на юго-запад [26; 222], [19; 218].
29 декабря Котельниково было освобождено. 30 декабря советские войска вышли на рубеж Тормосин, Нижний Курман, Комиссаровский, восточнее Зимовников, Степной. Немцы были отброшены от внешнего фронта окружения 6-й армии Паулюса на 200 – 250 км, и участь последней была фактически решена [14; 138].
Несмотря на все усилия, Манштейну не удалось помочь Паулюсу. Более того, у командующего группы армий «Дон» была теперь другая головная боль – положение самой группы армий «Дон» было весьма тяжёлым. Вот как об этом пишет сам Манштейн:
«Командование группы армий оказалось вынужденным сосредоточить все свои усилия на выполнении задачи по спасению всего южного крыла Восточного фронта…
Выше мы уже обрисовали затруднительное положение, в котором оказалась на восточном фланге группы 4-я танковая армия, вследствие того, что противник бросал всё новые и более крупные силы (речь идёт о нашем контрударе под Котельниково – И.Д.)…
Не менее критическая обстановка складывалась на остальных участках фронта группы армий «Дон». На участке, прежде занимавшемся 3-й румынской армией, 4-я танковая армия была оттеснена противником на восточный берег Дона. Это дало возможность противнику форсировать по льду Дон в районе Потёмкинской, а затем вскоре и в районе Цимлянской, чем создавалась угроза флангу и тылу наших войск, занимавших оборону по реке Чир… Нам не оставалось ничего другого, как постепенно отвести с боями группу генерала Мита за реку Кагальник (генерал Мит осуществлял командование немецкими войсками на данном участке фронта ГА «Дон» – И.Д.).