Замысел советского командования предусматривал нанесение трёх ударов по сходящимся направлениям на Алексеевку, Острогожск и Карпенково окружить и уничтожить Острогожско-Россошанскую группировку противника. 

Острогожско-Россошанская наступательная операция по характеру развернувшихся боевых действий и их результатам может быть разделена на два этапа. 

В ходе первого этапа операции, продолжавшегося три дня — с 13 по 15 января, войска фронта осуществили прорыв обороны противника на всех трех направлениях и создали необходимые условия для развития операции на окружение и расчленение его острогожско-россошанской группировки.

Второй этап — окружение и уничтожение вражеской группировки длился двенадцать дней (с 16 по 27 января). В течение первых трех дней войска фронта осуществили маневр на окружение и расчленение группировки противника и образовали внутренний и внешний фронты окружения. В последующие девять дней — с 19 по 27 января — происходила окончательная ликвидация окруженных войск врага.

Острогожско-Россошанская наступательная операция войск Воронежского фронта продолжалась 15 дней. За это время советские войска полностью выполнили задачу — окружили и уничтожили крупную группировку противника, оборонявшуюся на Дону между Воронежем и Кантемировкой, освободили важный железнодорожный участок Лиски — Кантемировка и, продвинувшись в глубь вражеского расположения на 140 км, вышли к реке Оскол.

В ходе операции войска фронта разгромили 2-ю венгерскую армию, итальянский альпийский и 24-й немецкий танковый корпуса и большую часть сил оперативного резерва группы армий «Б». Всего за время боевых действий войсками фронта было полностью разгромлено более пятнадцати вражеских дивизий. Кроме того, шесть дивизий противника понесли значительный урон. В боях с 13 по 27 января войска Воронежского фронта взяли в плен свыше 86 тыс. солдат и офицеров противника.