5天后的1月12日，沃罗涅日方面军第40集团军的几个先遣营开始行动。他们从战线北面的斯托罗热沃耶登陆场出动，袭击匈第7轻装步兵师和德第429步兵团阵地。虽然这只是一次试探，却已经让匈牙利人乱成一团。经过激战，苏军击溃匈第7轻步兵师第4团，打开一个6公里宽3公里深的口子，锲入匈第3、4军之间。

苏联人立刻着手扩大战果。次日，红军第40集团军发动主攻！在这次行动中，苏联人还首次使用了滚压式坦克扫雷器。战斗进行的异常顺利，红军炮火在几分钟内就摧毁了匈牙利人的炮兵观察所，苏联步兵和坦克几乎毫无损失的冲入敌方阵地，把第7匈牙利轻步兵师打得溃不成军。为了遏制红军，匈第3军投入了预备队的4个营，在德军第700装甲支队支援下发动反击，但未能取得成功，反而付出了惨重代价：第700装甲支队到日终时分只剩下4辆38（T）坦克。通过当天交战，苏联人成功地将突破口扩大为10公里宽，12公里深。

红军第40集团军在北面发动进攻后，中部和南面的红军也在1月14日转入进攻：中部，红军独立步兵第18军从休奇耶登陆场发起攻击，击溃匈第12轻装步兵师，突向匈第7军纵深；南面，坦克第3集团军的攻势从16公里正面展开，打击德第24装甲军和意第2军的结合部；西南方面军第6集团军也在南翼进入交战。

由于匈军指挥陷入混乱，苏军的进攻非常顺利。在北部和中部，他们击退了匈牙利第4、7军；而在南面进攻的第3坦克集团军，所属第12坦克军前进了18公里，第15坦克军前进了20公里，并捣毁了日林地域的德第24装甲军军部，该装甲军军长马丁·汪戴尔炮兵上将也在当天丧命。德军虽然在1月15日投入了预备队第168步兵师，也只能暂时减缓一下红军的推进速度。

至1月15日日终，红军第40集团军和坦克第3集团军已从两侧突破轴心军的整个战术防御，击溃了4个师；中部的红军第18军则在匈军第二防御地带前受阻。与此同时，匈德军的预备队：匈第1装甲师以及德第700装甲支队继续发动反击。他们主要向苏军第40集团军和第18独立步兵军实施冲击，并在1月16日一度遏制苏军的前进。

两军在暴风中展开了坦克战。德匈军装备的38T坦克完全不是T-34的对手，四号坦克数量又不多。根据苏方记录，红军第150坦克旅的1辆T-34在炮弹耗尽后，还开足马力撞毁了德军第700装甲支队的2辆坦克，其中1辆四号被撞进路沟里，驾驶员被俘虏。匈德装甲部队的反击很快被击溃，第1匈牙利野战装甲师被打得最后只剩下6辆坦克，并于1943年4月被撤销。德军第700装甲支队也几乎覆灭。

轴心国军队面临的危机还在不断加剧。由于匈德军把装甲预备队投入到北部和中部，正好给南面实施主攻的红军第3坦克集团军提供了可趁之际。事实上，该集团军主力曾在1月14日由于油料中断而暂停进攻，只有第12坦克军所属第106坦克旅当天夜间绕过敌方的抵抗枢纽，以迅雷不及掩耳之势夺取了罗索什城。1月15日，这个孤军深入的坦克旅遭到德军的凶猛反击，旅长阿列克谢耶夫上校战死，大量坦克也被德国飞机击毁。

但在1月16日，补充了油料的红军第12坦克军冲到了罗索什，赶跑了反击德军。与此同时，第15坦克军也开始前进。

从这天开始，红军的包围圈开始形成。从前线溃退下来的轴心军队则在空空如也的后方乱成一团，甚至一些军部师部也成为苏联坦克的猎物。能够组织起来的部队拼命向西逃窜。但苏联人并不打算提供机会。

1月17日，红军第40集团军左翼与第18独立步兵军会合于奥斯特罗戈日斯克地区，北部和中部红军首先建立了联系。当天中午，第40集团军先头部队冲到了更西面的伊洛夫斯科耶，直接威胁匈军退路。匈牙利人只能把当地机场的地勤人员投入战斗。第二天，在更为深远的阿列克谢耶夫卡地域，红军第40集团军第305步兵师和坦克第3集团军第15坦克军会合。在这个地区，仅第15坦克军就俘虏了4630人。至此，收拢在一起的南北两路红军铁钳，截断了13个轴心国师的退路。