С 24 января по 17 февраля 1943 года войска Воронежского (командующий – генерал-полковник Ф.И. Голиков) и левого крыла Брянского (командующий – генерал-лейтенант, с конца января 1943 года генерал-полковник М.А. Рейтер) фронтов провели Воронежско-Касторненскую наступательную операцию, целью которой было уничтожение группировки противника в составе 2‐й немецкой армии и 3‐го венгерского корпуса (125 000 человек, более 2100 орудий и минометоы, 65 танков), которая оборонялась в выступе фронта в районе крупного железнодорожного узла Касторное.

Согласно замыслу операции, советские войска должны были нанести сходящиеся удары по флангам 2‐й немецкой армии с севера и юга в общем направлении на Касторное, окружить и уничтожить противника, освободить район Воронеж – Касторное и тем самым создать условия для дальнейшего наступления на Курск и Харьков. В операции принимали участие 13‐я армия из состава Брянского фронта, 38‐я, 40‐я и 60‐я армии Воронежского фронта, а также авиация 15‐й и 2‐й воздушных армий. Главные удары наносили 13‐я армия с севера и 40‐я армия – с юга. 38‐я и 60‐я армии, дислоцированные на правом крыле Воронежского фронта, наносили вспомогательные удары с целью рассечения окруженной группировки противника.

Первый удар нанесли 24 января войска 40‐й армии, усиленные 4‐м танковым корпусом. Противник оказывал упорное сопротивление, однако несмотря на это, а также на сильный мороз, глубокий снег и метель, армия к исходу следующего дня продвинулась на 20–25 км и создала угрозу окружения вражеских войск, занимавших Воронеж.

Чтобы избежать окружения, немецкое командование начало отвод своих войск за Дон. Соединения 60‐й армии преследовали противника и 25 января освободили Воронеж. В тот же день в наступление перешли войска 38‐й армии, а 26 января – 13‐й армии. Обе армии наступали с севера в общем направлении на Касторное. 28 января ударные группировки 13‐й, 38‐й и 40‐й армий заняли Касторное, перерезав тем самым основной путь отхода противника на запад. В то же время часть сил 13‐й и 40‐й армий создавала внешний фронт окружения, продвигаясь в западном направлении.

Значительная часть группировки противника – до 9 дивизий – не успела отойти и оказалась окруженной в районе юго-восточнее Касторного. Выделив соединения 38‐й армии и часть сил 40‐й армии для ее ликвидации, главные силы фронтов, развивая достигнутый успех, начали общее наступление к рекам Тим и Оскол. 2 февраля они вышли на указанный рубеж и продолжили наступление на курском и харьковском направлениях.

В то же время сил, выделенных для уничтожения окруженной группировки, оказалось недостаточно для создания сплошного внутреннего фронта окружения. Несмотря на тяжелые потери, понесенные в ходе ожесточенных боев, противник прорвал внутренний фронт окружения и 2 февраля начал отход в западном направлении. В течение 2—17 февраля войска 38‐й армии преследовали отходящего противника, нанося ему ощутимый урон. 17 февраля оставшиеся от 2‐й немецкой армии 6 пехотных дивизий неполного состава в районе Обояни прорвались на запад.

В результате Воронежско-Касторненской операции были уничтожены или разгромлены около 11 дивизий, входивших в воронежско-касторненскую группировку противника, освобождена большая часть Воронежской и Курской областей, созданы предпосылки для развития наступления на курском и харьковском направлениях.