75、57步兵師，第383步兵師1/3兵力）

第55軍（1942年12月22日，第88步兵師2/3兵力，第383步兵師2/3兵力，第45、299步兵師）

第88步兵師一部

總計11個步兵師

面對紅軍的威脅，B集團軍群司令魏克斯在1月21日向希特勒告急。但蘇聯人不會等待德國人加強防禦或者撤退。經過4天的短促準備後，1月24日，紅軍第40集團軍首先發起進攻！

蘇聯人在突破地段每公里正面部署了40…90門火炮迫擊炮，經過30…100分鐘炮擊，脆弱不堪的德匈軍防線即告破裂，蘇聯步兵坦克蜂擁而入。第40集團軍所屬坦克第4軍（219輛坦克）在進攻第一天已突入縱深達16公里，第二天就攻佔了這一地區的中心城市戈爾舍奇諾耶。只是由於積雪太厚，燃油供應不足，坦克第4軍才暫時停頓下來。但德國人也沒有多大力量阻止，只是從頓河地區調來了2個步兵團加以增援。

到了1月25日，紅軍第40集團軍已向北突入德軍南翼25公里，迫近卡斯托爾諾耶。德軍的退路受到嚴重威脅。德軍司令扎爾穆特決心放棄沃羅涅日。但他的行動卻被蘇第60集團軍偵察部隊發現，該集團軍先頭部隊遂於1月24日夜間發動進攻，在25日拂曉前佔領了被德軍放火焚燒的沃羅涅日。25…26日，紅軍第60、38集團軍主力陸續轉入進攻。

1月26日，面對德軍北翼的紅軍第13集團軍也開始行動，一天就推進了6…7公里。而南面的紅軍第40集團軍坦克第4軍，在得到了空運燃油後，也在1月27日拂曉開始繼續向北推進。紅軍南北兩個鋒頭直指卡斯托爾諾耶。

1月28日，紅軍第40和第13集團軍的坦克衝入了卡斯托爾諾耶城郊。接著，蘇軍步兵完全控制了該城。德第2集團軍的主要退路已被截斷，在卡斯托爾諾耶東南地區陷入包圍。被圍部隊包括德第7軍（軍長黑爾炮兵上將）和第13軍（軍長施特勞貝步兵上將）的主力，共計7個德國師，另有匈第3軍所屬2個師。被包圍兵力總數約在10萬左右。只有德第2集團軍北翼的第55軍得以逃脫。

圍殲這股德軍的任務理論上被交給蘇第40、38、60集團軍。但此時蘇軍統帥們似乎對此已失去興趣，