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参加战役主的[[沃罗涅日方面军]]由[[菲·伊·戈利科夫]][[中将（1月19日晋升中将]]（1月19日晋升[[上将（苏联）|上将]]），包括[[第40集团军（苏联）|第40集团军]]、[[第3坦克集团军]]、[[第2航空集团军]]、[[第18步兵军]]、[[第7骑兵军]]。根据战役计划，上述部队向[[阿列克谢耶夫卡]]—[[奥斯特罗戈日斯克]]—卡尔片科沃等方向实施攻击，从而围歼敌军奥斯特罗戈日斯克—罗索希集团。其中，第40集团军应从北面的斯托罗热沃耶登陆场进攻，第18步兵军从中间的休奇耶登陆场进攻，第3坦克集团军和第7骑兵军应从南面进攻。同时，[[西南方面军]]的[[第6集团军（苏联）|第6集团军]]同时向[[别洛卢茨克]]—波克罗夫斯科耶方向展开进攻，以配合沃罗涅日方面军。在主要进攻方向上，红军集结了优势兵力和装备，其步兵比德军多130—270%，坦克多30—200%，炮兵多400—700%。<ref name="苏联军事百科" />

1月13日，第40集团军率先发动攻势。14日，其余各参战部队也同样转入进攻。15日，在三个方向展开进攻的部队均突破德军防御。17日，第40集团军左翼各部推进至[[奥斯特罗戈日斯克]]一带，并在此与第18步兵军会合。18日，第40集团军第305步兵师和[[第3坦克集团军]][[第15坦克军]]在伊洛夫斯科耶—[[阿列克谢耶夫卡]]一带会合，完成了对德军奥斯特罗戈日斯克—罗索希集团的合围。与此同时，从波德戈尔诺耶向卡缅卡进攻的第3坦克集团军[[第12坦克军]]已推进至卡尔片科沃一带，并与第18步兵军取得联系，从而使轴心国军队奥斯特罗戈日斯克—罗索什集团的13个师被分割成两个孤立部分。在巩固包围圈外层防线的同时，第40集团军和已推进至卡尔片科沃一带，并与第18步兵军取得联系，从而使轴心国军队奥斯特罗戈日斯克—罗索希集团的13个师被分割成两个孤立部分。在巩固包围圈外层防线的同时，第40集团军和[[第7骑兵军]]各部则在18日至19日沿科斯坚基—卡拉耶什尼克一线及[[瓦卢伊基]]一带的[[奥斯科尔河]]建立了包围圈外层防御。此时，[[西南方面军]]的[[第6集团军（苏联）|第6集团军]]则从[[别洛卢茨克]]—[[新普斯科夫]]—季什科夫一线，从南面保障沃罗涅日方面军。19日至27日，被围的轴心国军队遭到歼灭，其间，[[第2航空集团军]]积极出动，协同地面部队作战。<ref name="苏联军事百科" />