Большое внимание было уделено разведке. Особенно активно она велась в дни, предшествовавшие наступлению. С 11 по 15 декабря во всех армиях проводилась разведка боем с привлечением в каждой дивизии от усиленной стрелковой роты до трех батальонов. Подразделения в основном выполнили поставленные перед ними задачи. Правда, с переходом войск в наступление обнаружилось, что на отдельных участках система огня противника, а также глубина его минных заграждений были выявлены недостаточно полно, да и оборона на ряде направлений оказалась значительно глубже, чем предполагалось. Не удалось вскрыть полностью и противостоящую группировку. В частности, разведка своевременно не установила прибытие в полосу 6-й армии 385-й немецкой пехотной дивизии. Все это, безусловно, затруднило прорыв вражеской обороны.
Наступление войск Юго-Западного фронта и 6-й армии Воронежского фронта началось ранним утром 16 декабря. В 8 часов утра на противника обрушился мощный артиллерийский огонь. Полуторачасовая артиллерийская подготовка проводилась в густом тумане, стрельба велась по площадям. Самолеты до середины дня в воздух подняться не могли. Подавить полностью систему огня противника в таких условиях было просто невозможно, что сказалось затем на ходе ведения наступления. В 9 часов 30 минут соединения 1-й гвардейской и 6-й армий перешли в наступление. По льду и наведенным переправам стрелковые дивизии форсировали Дон и вместе с соединениями, действовавшими с осетровского плацдарма, на широком фронте ворвались на передний край врага. При этом войскам, наступавшим из-за Дона, по глубоким сугробам пришлось преодолеть отлогий и высокий правый берег реки. К тому же атаковавшим войскам пришлось встретиться с довольно мощным огневым противодействием противника.
После трехчасового боя стрелковые соединения 6-й армии вклинились в оборону на 2–3 км. Однако развить наметившийся успех командующий армией не смог, так как 17-й танковый корпус (командир генерал П. П. Полубояров) находился на осетровском плацдарме в готовности войти в прорыв в полосе 1-й гвардейской армии. Между тем обстановка на участке прорыва этой армии складывалась неблагоприятно. Дело в том, что наступавшие в центре ее ударной группировки 41-я (командир генерал-майор Н. П. Иванов) и 44-я (командир генерал-майор В. А. Куприянов) гвардейские стрелковые дивизии встретили упорное сопротивление противника и к середине дня сумели вклиниться в его оборону всего на 300–400 м, да и то лишь на отдельных участках. За это время на флангах ударной группировки армии продвижение составило 1,5–2 км.
Учитывая затянувшийся процесс прорыва первой позиции обороны противника, командующий войсками фронта для ускорения прорыва обороны приказал ввести в сражение танковые корпуса. Но ввод в сражение подвижных соединений не был обеспечен из-за плохо организованного инженерного обеспечения. Едва вступив в соприкосновение с противником, танковые корпуса сразу же попали на минные поля, проходы через которые саперы заблаговременно сделать не успели, а потому понесли, значительные потери. Один только 25-й танковый корпус лишился 27 танков (ЦАМО. Ф. 229, оп. 590, д. 14, л. 8; Оп. 604, д. 3, л. 8). Танкистам пришлось приступить к проделыванию проходов в минных полях противника собственными силами. Положение усложняла вражеская авиация, обрушившая на скопления советских танков удары с воздуха. К вечеру стрелковые войска, овладев первой позицией противника, завязали бои за его вторую позицию. За ночь проходы в минных полях противника были проделаны, и с рассветом 17 декабря танковые войска устремились вперед.
В центре полосы наступления Юго-Западного фронта 3-я гвардейская армия также предприняла попытку прорвать оборону противника, однако сломить сопротивление 62-й и 294-й немецких пехотных дивизий на направлении главного удара этой армии не удалось и прорыва не получилось.
Стремясь как можно скорее завершить прорыв, советские войска не прекращали боевых действий и ночью. Одновременно были осуществлены внутриармейские перегруппировки, приняты меры для подтягивания артиллерии.
Утром 17 декабря 6-я и 1-я гвардейская армии после короткой авиационной и артиллерийской подготовки возобновили наступление. В ходе второго дня наступления стрелковые дивизии широко применяли маневр с целью обхода и охвата вражеских опорных пунктов, овладевая ими в тесном взаимодействии с танками и артиллерией.
Первыми завершили прорыв главной полосы обороны 25-й танковый корпус (командир генерал П. П. Павлов) и 4-й гвардейский стрелковый корпус (командир генерал Н. А. Гаген). В образовавшуюся брешь устремились 17-й и 18-й (командир генерал Б. С. Бахаров) танковые корпуса, расширяя прорыв в сторону флангов. Противник был вынужден начать отход на армейский рубеж, подготовленный по р. Богучарка. К вечеру танковые корпуса и дивизии 4-го гвардейского стрелкового корпуса продвинулись на 20–25 км, завершили прорыв тактической зоны обороны и попытались с ходу прорвать армейский рубеж. Однако неприятель, заблаговременно подтянув резервы, сумел отразить их попытку с ходу прорвать подготовленную оборону.
Перед наступающими войсками стала задача не дать противнику возможности организованно отойти, подтянуть резервы и закрепиться на тыловом оборонительном рубеже. Поэтому командующие фронтами потребовали более решительных действий, ускорения продвижения. Выполняя эти требования, командующие 6-й и 1-й гвардейской армий принимают решение о продолжении наступления ночью, чтобы в кратчайший срок завершить прорыв оперативной обороны на всю ее глубину.
В ночь на 18 декабря 25-й танковый корпус во взаимодействии с 41-й гвардейской стрелковой дивизией сумел сломить сопротивление войск противника на р. Богучарка, форсировал ее и продвинулся почти на 10 км в южном направлении. Прорыв корпуса создал угрозу тылам всей оборонявшейся здесь итало-немецкой группировки. Для закрытия бреши командующий 8-й итальянской армией выдвинул из состава Альпийского корпуса 3-ю итальянскую горнострелковую дивизию «Юлия», 27-ю немецкую танковую дивизию и часть сил 387-й немецкой пехотной дивизии. С утра 18 декабря советские войска завязали упорные бои с этой группировкой. В течение дня они отразили несколько сильных контратак. Надо отметить роль реактивной артиллерии при отражении этих контратак. Залпы «Катюш» наносили урон войскам противника, нарушали управление ими, вносили дезорганизацию в действия войск. Да и просто чисто психологическое воздействие реактивных снарядов на оборонявшиеся или контратакующие войска. Противник, несший большие потери, не выдержал удара советских войск. Атакованный стрелковыми соединениями с фронта, а танковыми корпусами с флангов и тыла, он оставил армейский рубеж обороны и начал отходить на юг и юго-запад. В итоге его оборона на богучарском направлении была прорвана.
Танковые корпуса немедленно перешли к преследованию. Громя тылы и отступавшие колонны итальянских войск, они стремительно продвигались вперед. За ними, закрепляя достигнутый успех, наступали стрелковые соединения. К исходу дня советские танки вышли в тыл 35-го армейского итальянского корпуса, отрезая ему пути отхода на юг. Обнаружив это, многие его части оставили удерживаемые позиции и, бросая технику и вооружение, обратились в паническое бегство. Картина отступления противника живописно показана в книге итальянского автора Д. Толлои «С итальянской армией в России». Он писал: «16 декабря советские войска опрокинули фронт итальянской армии… Многие штабы начали сниматься с места, теряя всякую связь с войсками. Части, атакованные танками, пытались спастись бегством врассыпную… Артиллерия и автомашины были брошены. Многие офицеры срывали с себя знаки различия, солдаты бросали пулеметы, винтовки, снаряжение» (Сталинград. Событие. Воздействие. Символ. — М.: Прогресс — Академия, 1995. — С. 64).
