�18独立步兵军对右翼的匈牙利部队进行主要突击，由雷巴尔科的第3坦克集团军攻打左翼的意大利部队，这两路军在敌人后方约五十英里处，即阿列克谢耶夫卡附近会合。然后它们再兵分两路：一路向北，协同沃罗涅日方面军的奇比索夫第38集团军和切尔尼亚霍夫斯基第60集团军攻打德军第2集团军暴露的翼侧；另一路向南，配合以布良斯克方面军的普霍夫第13集团军以及西南方面军的哈里东诺夫第6集团军攻打意大利加里博尔迪的第8集团军暴露的翼侧。在这个主攻方向上，德国第2集团军有两个军（七个师），而匈牙利集团军只有九个旅或轻型师、一个装甲师和一个德国步兵师。意大利阿尔卑斯军有三个师。轴心国部队坦克和火炮数量都比不上进攻一方，苏军仅沃罗涅日方面军就有十九个步兵师和大量的坦克、骑兵部队。
戈利科夫获准以三周的时间进行侦察和战前准备。侦察是从空中和一系列靠近匈牙利阵地的观察所和指挥所进行的。为了不使敌人警觉，严禁实施战斗侦察和派出战斗搜索组。很快就弄清匈牙利防御是由两个防御地带组成，一个防御地带的纵深约为四英里，另一个约为十至十二英里。由于匈牙利军采取消极防御，因而苏军得以把次要方向上的火炮和迫击炮几乎全部撤出集中到主攻方向，使每英里正面的火炮和迫击炮达到二百门左右。所有各种口径的火炮都作为直射武器进行配置，做好摧毁那些已判明的支撑点的准备。开阔的草原地带缺乏遮蔽地，这就迫使部队只能在夜间通过最后百把英里的路程到达前线。苏联的历史学家声称，这些保密措施是有效的，因为匈牙利部队认为苏军兵力已经消耗殆尽，不可能发动进攻。1月7日，离预定的进攻发起日只有七天，据说匈牙利第2集团军参谋长科瓦奇向布达佩斯呈送了一份报告，说他排除了苏军对他的地带发动任何进攻的可能性。事实上，苏军在这个方向上的进攻，德军并不是没有预料到。
苏军虽然定于1月14日才发动主攻，但是预先在1月12日以一定兵力进行的试探性侦察就使敌人乱作一团，以致苏军能够突入匈牙利防御纵深三英里。接着便毫不拖延地发动了主攻，在防御一方的地雷场中第一次使用了坦克推动的滚压式扫雷器开辟通道。据苏联报道，火力准备和直接瞄准火炮射击的效果极佳，以致敌炮兵观察所在最初的几分钟内就被摧毁，苏军的步兵和坦克一拥而入，几乎毫无损失。那些轴心国部队扼守了一年而没有加固的野战防御阵地终于在1月15日被敌人突破，虽然匈牙利装甲师一再进行反冲击。第二天，匈牙利的通信系统陷于瘫痪，防御处于完全无组织的状态。1月18日，雷巴尔科的第3坦克集团军和莫斯卡连科的第40集团军在阿列克谢耶夫卡附近会师，包围了匈牙利第2集团军的大部、意大利阿尔卑斯军的一部以及第24装甲军和克拉默集群的全部。在猛烈的暴风雪中许多被围部队逃跑了，但是苏方却在1月27日宣布俘虏了八万六干人，其中大部分是匈牙利人。德军扎尔穆特第2集团军的南翼缺口很大。1月28日莫斯卡连科的第40集团军越过德军交通线北上到达卡斯托尔诺耶，与布良斯克方面军普霍夫的第13集团军会师。德军第2集团军的两个军共约七个师被切断了退路，希特勒已然表示过他不太想让德军第2集团军从沃罗涅日退却。然而，对这些部队来说，斯大林格勒的先例是不能再重演的。它们放弃并纵火焚烧了沃罗涅日城。许多股被围部队且退且战向西逃跑，其中大部分部队冒着摄氏零下二十五度的严寒向雷耳斯克长途跋涉了一百二十英里才与自己的部队会合。他们的重型装备几乎丢失殆尽。
1月21日，魏克斯给希特勒描绘了一幅非常令人沮丧的景象。德军B集团军群原来扼守的防线出现了一个二百英里宽的缺口。他对制止苏军向那里的进攻几乎不抱希望，特别是当苏军改变了战术，绕开所有支撑点迂回前进时就更加绝望了。他担心德军第2集团军的安全，并且看出苏军最高统帅部的目标可能是通过这个缺口向西南推进，切断顿河集团军群的退路。从克鲁格的中央集团军群调出的一个步兵师和从西欧赶来的豪塞尔的第2党卫军装甲军均尚在途中，除此之外没有可供使用的德军预备队。克鲁格在整个冬季一直处于加里宁方面军和西方方面军的强大压力之下。他担心那些突入的苏军一旦挥戈北上，他的处境就很危险。他请求准许他撤离尔热夫附近的大突出部组建预备队来对付这种威胁，但是他白费了唇舌。
朱可夫和华西列夫斯基在1月下旬被派往沃罗涅日方面军作了短暂的逗留，介绍了下一步的作战方针。根据朱可夫介绍的作战方针，一个称之为“星”的解放哈尔科夫的计划制订出来了。如果什捷缅科的话可信，总参谋部似乎对此有些保留，因为计划要求戈利科夫同时向库尔斯克和哈尔科夫两个不同的方向实施突击。“星”计划于2月1日开始执行。苏军不失时机地抓住了这个有利条件，穿过那个缺口。戈利科夫的沃罗涅日方面军几乎是朝着正西直取库尔斯克和哈尔科夫。与此同时，哈里东诺夫的第6集团军和瓦杜丁西南方面军的V·I·库兹涅佐夫第1近卫集团军直取亚速海上的马里乌波耳，目的是切断曼施泰因顿河集团军群和仍留在高加索的克莱斯特A集团军群之间的联系。2月2日，苏军收复斯大林格勒。三天后，雷巴尔科的第3坦克集团军到达封冻了的顿涅次河，但是由于第2党卫军装甲军的近卫摩托化师的坚决抵抗而无法渡河。库尔斯克、别耳哥罗德和哈尔科夫立即遭到威胁，曼施泰因处于极大的危险之中。
克莱斯特的A集团军群仍被困在遥远的高加索。12月28日蔡茨勒说服了元首，元首同意放弃部分石油目标和黑海的部分目标。但是，为了罗斯托夫以北顿河右岸的安全，希特勒不同意从高加索全面撤退，他只允许部分撤退，分阶段地撤至马内奇运河和库班河一线，因为他想保住迈科普地区以及刻赤海峡和顿河下游地区桥头堡，作为以后打回里海的一个牢固的基地。可是，1月7日，叶廖缅科南方方面军中的第5突击集团军和第2近卫集团军的一些先头部队，已经接近顿河集团军群司令部。该司令部的驻地距诺沃切尔卡斯克不远，离罗斯托夫不到三十英里。罗斯托夫大桥的失守已在所难免。这座大桥不仅是A集团军群，也是赫特的第4装甲集团军和罗马尼亚第4军运送主要补给品的通道。
苏联对德军在顿河下游和高加索撤退的反应很迟钝。自1月初，原来的斯大林格勒方面军改称南方方面军，仍由叶廖缅科任司令员、赫鲁晓夫任政治委员。该方面军占领的地段在顿河与马内奇运河之间，宽九十英里。为消灭斯大林格勒的敌军，它不得不交出一些部队。叶廖缅科奉命攻占罗斯托夫和萨尔斯克，以切断A集团军群的主要退路，但是马利诺夫斯基的第2近卫集团军和波波夫的第5突击集团军都遭到了据他们报告是赫特的第4装甲集团军的猛烈抵抗。在攻打集莫夫尼基德军（即受到党卫军诺曼人师增援的第16摩托化师和其他部队）时，东南翼的特鲁番诺夫第51集团军和格拉西缅科第28集团军的时运也并不比他们好。叶廖缅科和他的军事委员会感到有责任向莫斯科指出，部队离开铁路运输终点站已达二百多英里而且他们的装甲部队比编制定额少三百五十辆坦克。远在南翼和东南翼的秋列涅夫的南高加索方面军仍分成两个孤立的集群，即诺沃罗西斯克附近库班河以南山区的彼得罗夫黑海集群和里海附近格罗兹尼与巴库地区的马斯连尼科夫北部集群。该方面军正在处境极为困难的情况下作战。那里没有什么可用的公路。在冰雪融化期，即使对步兵来说这个地区也几乎是无法通行的。此外，增援彼得罗夫的黑海集群很困难，因为部队和装备必须从里海地区沿着绵长的高加索山脉的劣等公路进行运输，这段距离将近六百英里。该集群在斯大林的压力下接受了切断德军在塔曼半岛的退路的任务。黑海集群使用驮载运输工具，边走边开路，开始缓慢地向前运动。但是，当该集群最后走出山麓丘陵地时，库班河的河水已泛滥成灾，淹没了草原。当A集团军群分阶段撤退时，苏军就穷追猛打，但是德军却避免了被南高加索方面军切断的危险。秋列涅夫和马斯连尼科夫后来都被指控为胆小鬼，他们战战兢兢，唯恐上德军的圈套，一味提防敌军攻打格罗兹尼。
苏联1月间的推进表明，A集团军群和顿河集团军群所遭受的威胁来自两个方向，即顿河下游叶廖缅科的南方方面军和乌克兰东部地区瓦杜丁的西南方面军。然而，到1月27日以后，希特勒才作出A集团军群撤退的明确决定。马肯森指挥的由一个装甲师和三个步兵师组成的第1装甲集团军奉命与曼施泰因会合。曼施泰因获准撤退到顿河下游以西地区。但是，A集团军群其余的部队，约有十个德国师和十个罗马尼亚师，共计三十五万多人，奉命撤至塔曼桥头堡。后来证明，它们即使撤到此地对曼施泰因在乌克兰的艰苦战斗也没有多大帮助。曼施泰因请求元首批准他撤到米乌斯河原来的防线，但是元首却不同意，并且认定，甚至连顿涅次产煤区这小块地方对德国经济也是至关重要的。可是，不久以后，局势就不以他的意志为转移了。2月2日马利诺夫斯基接替叶廖缅科指挥南方方面军。2月4日该方面军到达沙赫特…诺沃切尔卡斯克一线。四天之后，霍缅科第44集团军的一个骑兵机械化集群从格罗兹尼出发经过长途行军抵近罗斯托夫，接着渡过封冻的顿河到达位于罗斯托夫和塔甘罗格之间的恰尔季尔。与此同时，在该集群西北方向上的乌克兰境内，戈利科夫的沃罗涅日方面军占领了别耳哥罗德、库尔斯克和沃耳昌斯克，接着它的第6近卫骑兵军和卡扎科夫的第69集团军于2月11日渡过了封冻的顿涅次河，抵达哈尔科夫郊区，在那里它们与豪塞尔的党卫军装甲军的近卫师交了锋。沃罗涅日方面军的左邻，即西南方面军，使用了V。I。库兹涅佐夫的第1近卫集团军、哈里东诺夫的第6集团军和波波夫的坦克集群渡过顿涅次河到达顿河集团军群的深远后方，并在斯大林的催促下插向第聂伯河畔的第聂伯罗彼得罗夫斯克和扎波罗日耶渡口。2月5日，南方方面军的列柳申科第3近卫集团军攻占了伏罗希洛夫格勒，经过九天的逐屋巷战，扫清了该城之敌。
德军的处境十分险恶，以致曼施泰因和克鲁格于2月6日被召回东普鲁士。在这次会见时，希特勒不得不勉强地同意他们先前提出的撤到米乌斯河以西和放弃尔热夫突出部的请求。这是要放弃的第二个大突出部，因为希特勒已被迫同意放弃迭米扬斯克地区以稳住列宁格勒附近的阵地。在列宁格勒，苏军最后终于开辟了一条直通该城的陆上走廊。魏克斯的B集团军群司令部停止指挥，纳入预备指挥系统。其所属部队分别交由曼施泰因和克鲁格指挥。曼施泰因的顿河集团军群改称南方集团军群。
德军第2集团军和匈牙利第2集团军的失败以及它们突然从沃罗涅日撤退到雷耳斯克，已使克鲁格的中央集团