Итоги операции. Острогожско-Россошанская операция стала удачным дебютом по «отламыванию» пошатнувшегося после Сталинграда фронта противника. Продвижение на запад 40-й армии вновь привело к охвату фланга оборонявшихся на Дону южнее Воронежа войск противника. Уже 20 января представитель Ставки ВГК А.М.Василевский дал указания командующим Воронежским и Брянским фронтами о подготовке и проведении новой наступательной операции. В ней должны были принять участие 38, 60-я и 40-я армии Воронежского фронта и 13-я армия Брянского фронта. Теперь «отламывать» предполагалось фланг 2-й армии, выдвинувшийся к Воронежу в июле 1942 г. Уже с 20 января Воронежский фронт начал перегруппировку сил для новой операции. Образование крупной бреши в построении группы армий «Б» также создавало благоприятные условия для развития наступления на Харьков. Захваченный 7-м кавалерийском корпусом рубеж на р. Оскол стал исходными позициями для еще одной операции Воронежского фронта, получившей кодовое наименование «Звезда».
За 15 дней, которые длилась Острогожско-Россошанская операция, советские войска продвинулись на 140 км на запад и освободили железнодорожный участок Лиски — Кантемировка, улучшив снабжение войск на южном секторе фронта. Овладение станцией Валуйки вырвало из рук противника рокаду Касторное — Ворошиловград, лишив его тем самым возможности маневрировать резервами вдоль фронта. С 13 по 27 января было взято в плен около 86 тыс. солдат и офицеров противника, что вполне сопоставимо с числом пленных, захваченных под Сталинградом. Венгерская армия потерпела самое крупное поражение за всю ее историю.
Для советских войск разгром союзников Германии стал своего рода «тренировкой на кошках», отработкой методики ведения операций на окружение крупными механизированными соединениям. Слабость противника сглаживала выявлявшиеся трудности в проведении наступления. Следует отметить, например, что состав танковых корпусов к моменту выполнения поставленных задач по смыканию кольца окружения был очень слабым. Района Алексеевки достигли всего лишь 20 танков 15-го танкового корпуса, района Карпенково — 44 танка 12-го танкового корпуса. Остальные танки были или повреждены, или застряли в дороге из-за снежных заносов, а также из-за технических неисправностей и отсутствия горючего. Такой слабый состав позволял вести лишь сдерживающие бои против пытающихся пробиваться из окружения войск противника. Обеспечение устойчивости танковых соединений потребовало совершенствования как собственно техники (увеличения моторесурса двигателя), так и системы обеспечения действий танков.
Одновременно советские войска стали вырабатывать собственные технологические приемы ведения операций. Широкое применение механизированных соединений для непосредственной поддержки пехоты породило практику их использования как передовых отрядов. Захват некоторых опорных пунктов противника в его оперативной глубине производился танковыми бригадами атакой с хода. Так, например, 192-я танковая бригада с десантом пехоты, составляя передовой отряд 161-й стрелковой дивизии 18-го стрелкового корпуса, стремительной атакой в ночь на 16 января овладела деревней Волчье, где организовала круговую оборону. В дальнейшем 192-я танковая бригада совместно с двумя батальонами 161-й дивизии в течение суток смогла отразить все контратаки противника.
Воронежско-Касторненская операция (24 января — 17 февраля 1943 г.). После удачного опыта с «отламыванием» фронта на Дону в полосе Воронежского фронта эта практика получила свое развитие в аналогичной по сути операции в районе Воронежа. Действовавшие здесь немецкие войска также имели пассивные задачи и висящий в воздухе после Острогожско-Россошанской операции фланг. Всего в районе Воронежа, протяжением около 300 км, оборонялось до двенадцати дивизий из состава 2-й немецкой армии и отошедшего в ее полосу 3-го армейского корпуса 2-й венгерской армии, разгромленной в ходе предыдущей операции. Общая численность этих войск достигала 125 тыс. солдат и офицеров, 1100 орудий (в том числе 500 противотанковых), около 1000 минометов и 65 танков.
С нашей стороны на этом участке фронта действовало 17 стрелковых дивизий и 3 стрелковые бригады. Укомплектованность наших дивизий к этому времени составляла 5–6 тыс. человек, а стрелковых бригад — 3 тыс. человек. На вооружении стрелковой дивизии имелось в среднем 4–5 тыс. винтовок, 500 пистолетов-пулеметов, 100 ручных и 50 станковых пулеметов, 100–180 минометов, 75 орудий. В составе 2-й воздушной армии было 200 боевых самолетов, а в составе 15-й воздушной армии — 413 самолетов.
В создавшейся обстановке командующие Воронежским и Брянским фронтами получили задачу на подготовку и проведение Воронежско-Касторненской операции, соображения по которой 18 января были представлены командованием Воронежского фронта в Ставку ВГК. Замысел этой операции заключался в том, чтобы ударами по сходящимся направлениям с севера и юга по флангам 2-й немецкой армии окружить и уничтожить ее основные силы, освободить важный в оперативном отношении район Воронеж — Касторное. Начало наступления намечалось на 24–26 января.
Командующий Воронежским фронтом решил осуществить прорыв обороны противника на трех участках: на правом фланге 38-й армии, на левом фланге 60-й армии (на правом берегу Дона) и на участке 40-й армии. Главный удар предполагалось осуществить так же, как и в Острогожско-Россошанской операции против открытого фланга окружаемой группировки противника, то есть 40-й армией из района Роговатое, Шаталовка в направлении на Касторное. Армия К.С.Москаленко должна была во взаимодействии с 13-й армией Брянского фронта, наносившей удар на Касторное с севера, окружить и уничтожить воронежско-касторненскую группировку немецких войск.
На войска 40-й армии возлагалась также задача по обеспечению всей операции с юго-запада и образованию внешнего фронта окружения, для чего левофланговые соединения армии должны были развивать наступление в направлении Терехово, Ястребовка.
38-я армия генерал-лейтенанта Н.Е.Чибисова должна была наступать из района Тербуны 2-е главными силами на Ниж. Ведуга и одной дивизией на Касторное.
60-я армия генерал-майора И.Д.Черняховского должна была нанести удар из района Яблочное, главными силами на Ниж. Ведугу и одной дивизией вдоль правого берега Дона на Латное.
Наиболее сложной была задача 13-й армии генерал-майора Н.П.Пухова. По решению командующего Брянским фронтом генерал-лейтенанта М.А.Рейтера она наносила удар в полосе между pеками Кшень и Олым. После прорыва обороны противника силами первого эшелона армия должна была развивать наступление на Касторное, где соединиться с войсками Воронежского фронта и совместно с ними завершить окружение воронежско-касторненской группировки противника. Второй эшелон армии получил задачу выдвинуться на р. Тим с целью создания здесь внешнего фронта окружения. Сложность задачи заключалась в наступлении на строившуюся несколько месяцев оборону немецких соединений, никак не разбавленных союзниками.
Всего для участия в операции из состава обоих фронтов привлекалось в общей сложности двадцать семь стрелковых дивизий, семь стрелковых бригад, два танковых корпуса, восемь отдельных танковых бригад, три отдельных танковых полка и два отдельных танковых батальона. Пассивность задач противника позволяла из этого количества сил и средств сосредоточить на избранных для нанесения ударов направлениях 72 % стрелковых войск, 90 % артиллерийских средств и все 100 % танковых войск. Операция в отличие от Острогожско-Россошанской была строго симметричной: для ударов на окружение со стороны обоих фронтов привлекались примерно равные силы и по одному танковому корпусу. Начало наступления командующими фронтами устанавливалось: для 40-й армии — 24 января, для 60-й армии — 25 января, для 38-й и 13-й армий — 26 января 1943 г.