在蘇軍預(yù)定打擊范圍內(nèi)，軸心國部署了3個軍：沃羅涅日西北陣地，部署著德第2集團(tuán)軍主力（不包括左翼德第55軍）第13、7軍，總計(jì)7個德國步兵師，另有2個德國步兵師部分兵力。每個步兵師約11000余人；而暴露的南側(cè)，部署著匈牙利第3軍2個師，還有一個拼湊起來的“西貝特”軍級集群。3個軍總計(jì)兵員12萬5千人，擁有4500挺機(jī)槍，1000門迫擊炮和1100門火炮。從防御態(tài)勢看，德軍防守的北部陣地非常堅(jiān)固，而南部不僅薄弱，大片地區(qū)甚至已經(jīng)沒有防御可言。

1943年1月1日德國第2集團(tuán)軍戰(zhàn)斗序列

第13軍（1942年12月22日，第377、340、68、82步兵師）

第7軍（1942年12月22日，第323、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(jì)11個步兵師

面對紅軍的威脅，B集團(tuán)軍群司令魏克斯在1月21日向希特勒告急。但蘇聯(lián)人不會等待德國人加強(qiáng)防御或者撤退。經(jīng)過4天的短促準(zhǔn)備后，1月24日，紅軍第40集團(tuán)軍首先發(fā)起進(jìn)攻！

蘇聯(lián)人在突破地段每公里正面部署了40-90門火炮迫擊炮，經(jīng)過30-100分鐘炮擊，脆弱不堪的德匈軍防線即告破裂，蘇聯(lián)步兵坦克蜂擁而入。第40集團(tuán)軍所屬坦克第4軍（219輛坦克）在進(jìn)攻第一天已突入縱深達(dá)16公里，第二天就攻占了這一地區(qū)的中心城市戈?duì)柹崞嬷Z耶。只是由于積雪太厚，燃油供應(yīng)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(qū)調(diào)來了2個步兵團(tuán)加以增援。

到了1月25日，紅軍第40集團(tuán)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(yán)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(tuán)軍偵察部隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該集團(tuán)軍先頭部隊(duì)遂于1月24日夜間發(fā)動進(jìn)攻，在25日拂曉前占領(lǐng)了被德軍放火焚燒的沃羅涅日。25-26日，紅軍第60、38集團(tuán)軍主力陸續(xù)轉(zhuǎn)入進(jìn)攻。

1月26日，面對德軍北翼的紅軍第13集團(tuán)軍也開始行動，一天就推進(jìn)了6-7公里。而南面的紅軍第40集團(tuán)軍坦克第4軍，在得到了空運(yùn)燃油后，也在1月27日拂曉開始繼續(xù)向北推進(jìn)。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(tuán)軍的坦克沖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(tuán)軍的主要退路已被截?cái)啵诳ㄋ雇袪栔Z耶東南地區(qū)陷入包圍。被圍部隊(duì)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(jì)7個德國師，另有匈第3軍所屬2個師。被包圍兵力總數(shù)約在10萬左右。只有德第2集團(tuán)軍北翼的第55軍得以逃脫。

圍殲這股德軍的任務(wù)理論上被交給蘇第40、38、60集團(tuán)軍。但此時蘇軍統(tǒng)帥們似乎對此已失去興趣，他們現(xiàn)在關(guān)心的是繼續(xù)向前推進(jìn)，以便及早打到哈爾科夫和庫爾斯克。因此留下來收拾扎爾穆特的部隊(duì)并不太多。如第40集團(tuán)軍，就要負(fù)責(zé)從2月1日開始對別爾哥羅德的沖擊。因?yàn)楸Σ蛔?，在從卡斯托爾諾耶到舊奧斯科爾寬達(dá)50公里的正面上，蘇軍只有戰(zhàn)斗力削弱嚴(yán)重的近衛(wèi)步兵第25師。

這給被包圍的德國軍隊(duì)提供了一線生機(jī)。他們開始冒著攝氏零下25度的嚴(yán)寒實(shí)施突圍。2月2日，德軍突破了蘇軍包圍對內(nèi)正面，沖向卡斯托爾諾耶、戈?duì)柹崞嬷Z耶。在接下來的半個月里，德軍沖破了紅軍第38集團(tuán)軍的層層阻擊，最終在２月17日于奧博揚(yáng)突破包圍。在厚厚的積雪中艱難跋涉了180多公里后，第2集團(tuán)軍殘部回到了德軍防線。逃出來的部隊(duì)包括6個相對完整的師，但人員已疲憊不堪，重型裝備也損失殆盡。

經(jīng)過蘇軍連續(xù)兩輪打擊，整個Ｂ集團(tuán)軍群幾乎完全崩潰：德第2集團(tuán)軍只有第55軍還比較完整。2月4日，原第27軍軍長魏斯接替了扎爾穆特的第2集團(tuán)軍司令職務(wù)，指揮殘部退向庫爾斯克方向；匈第2集團(tuán)軍死亡3萬余人，被俘6萬人。至此，東線的匈牙利部隊(duì)，除了在東線中部負(fù)責(zé)后方警衛(wèi)的第102、108步兵師外，幾乎全軍覆沒；意大利第８集團(tuán)軍只有阿爾卑斯山地步兵軍的少數(shù)部隊(duì)幸免；編入意匈軍的德軍幾個師只剩下殘部；德第24裝甲軍接連損失了2個軍長，該軍1942年12月22日擁有的第27裝甲師、第385、387步兵師，第213警衛(wèi)師中，第385、387步兵師已被殲滅并撤銷番號。