В 19 часов 6 декабря командир 330-й стрелковой дивизии полковник Г.Д. Соколов решил (доложив командующему армией), не дожидаясь подхода 328-й стрелковой дивизии, внезапным ударом в ночь на 7 декабря штурмом овладеть городом Михайлов. По его решению 1113-й стрелковый полк, усиленный группой танков и одним артиллерийским дивизионом, получил задачу наступать на Михайлов с востока; 1111-й стрелковый полк, также усиленный танками и артиллерийским дивизионом, должен наступать на город с севера; 1109-й стрелковый полк с частями усиления наносил удар с северо-запада с целью отрезать противнику пути отхода на юго-запад. В 20 часов 6 декабря 1111-й и 1113-й полки, имея впереди разведку и группы саперов, разминировавших проходы в минных полях, незаметно для противника сосредоточились в 4 км от Михайлова. Ночью была произведена рекогносцировка, уточнены маршруты движения частей, назначены сигналы взаимодействия. Артиллерия и минометы были установлены на заранее подготовленных позициях.
В 24 часа 6 декабря артиллерия внезапно открыла огонь по врагу, после артиллерийской подготовки пехота стремительно перешла в атаку. Деморализованное охранение противника начало отходить к городу, что позволило советским частям быстро подойти к его окраинам. Для обнаружения их гитлеровцы подожгли на северной окраине города крайние дома, а на восточной зажигательными снарядами противотанковых орудий — скирды соломы. Подразделения 1111-го стрелкового полка, наступавшие под огнем, вынуждены были преодолевать пространство ползком. Артиллерия, находясь в боевых порядках пехоты, прямой наводкой уничтожала огневые точки противника. Уже к 2 часам 7 декабря части дивизии ворвались на окраины города, поэтому противник не мог открыть по ним артиллерийский огонь, так как опасался обстрелять свои войска. В рядах врага началась паника. Это облегчило разгром гарнизона Михайлова. Разбитые остатки противника бежали на юго-запад.
К 7 часам утра 7 декабря город Михайлов был полностью занят частями 330-й стрелковой дивизии. В 8 часов 7 декабря к южной окраине города подошел 1105-й стрелковый полк 328-й стрелковой дивизии. Противник оставил на поле боя только убитыми до 250 солдат и офицеров. Дивизия захватила 550 автомашин, свыше 30 орудий и много другого военного имущества. Достижение внезапности удара по противнику и умелые действия войск ночью решили успех этого боя. Следует отметить разумную инициативу командира 330-й дивизии, который вместо вспомогательной задачи (содействия 328-й дивизии в овладении Михайловом) выполнил основную — освободил город.
