15 января наиболее успешно действовали 141-я стрелковая дивизия и 253-я стрелковая бригада 40-й армии. Они продвинулись еще на 10 км, достигли рубежа Маслов Лог — Яблочное и создали реальную угрозу выхода на тылы 2-й немецкой армии в районе Воронежа. В результате этого германское командование спешно начало снимать свои дивизии, располагавшиеся вдоль Дона, намереваясь бросить их против наступающих войск 40-й армии.
25-я гвардейская и 305-я стрелковые дивизии прорвали вторую полосу обороны противника в направлении населенных пунктов Репьевка, Красное, продвинулись на 20 км и овладели рубежом Скорицкое — Фабрицкое — Комсомолец — Свистовка — Богословка. Противник в беспорядке отступал, бросая вооружение и технику. Только одной 25-й гвардейской стрелковой дивизии в этот день сдались в плен 620 солдат и офицеров венгерских частей. Дивизия также захватила 75 орудий разного калибра, 120 тракторов, 37 автомашин, 49 пулеметов, 37 минометов, 1123 винтовки, 120 повозок, 54 противотанковых ружья и три склада.
В этот день самое сильное сопротивление противник оказывал на участке 107-й стрелковой дивизии. Вследствие этого она продвигалась медленнее, чем в предшествующие дни. Для усиления натиска в юго-западном направлении генерал К. С. Москаленко перебросил сюда и 340-ю стрелковую дивизию, оставив прикрытие на ее прежнем участке. К концу дня части этой дивизии освободили населенный пункт Терновая. По-прежнему действовавшая совместно с ними 150-я танковая бригада одновременно прорвалась через боевые порядки противника и овладела деревней Лесное Уколово.
К исходу 15 января войсками армии была прорвана оборона противника на всю тактическую глубину. На правом фланге войска армии продвинулись вперед на 20 км, на левом — на 16, в центре — на 35. Тем самым были созданы условия для развития наступления на окружение и расчленение группировки противника во взаимодействии с 18-м стрелковым корпусом и 3-й танковой армией. Оперативная обстановка для решения этой задачи была вполне благоприятной, ибо все свои резервы германское командование ввело в сражение, а подготовленных в глубине оборонительных рубежей на этих направлениях оно не имело. Используя преимущества обстановки, 107-я стрелковая дивизия 17 января прорвалась к Острогожску, где, соединившись с частями 18-го стрелкового корпуса, окружила 10-ю венгерскую пехотную дивизию. Одновременно 88-я танковая бригада 15-го танкового корпуса 3-й танковой армии под командованием полковника И. И. Сергеева, не ввязываясь в затяжные бои за отдельные опорные пункты и узлы сопротивления, в 18.00 17 января ворвалась в Алексеевку. Через день с ней установила огневую связь 309-я стрелковая дивизия полковника А. П. Крутихина. В окружение попали части 8-й итальянской армии, 7-го венгерского армейского и 24-го немецкого танкового корпусов.
