С 13 января по 3 марта 1943 года Воронежский (генерал Ф. И. Голиков), а также часть сил Брянского (генерал М. А. Рейтер) и Юго-Западного (генерал Н. Ф. Ватутин) фронтов провели Воронежско-Харьковскую стратегическую операцию. Она состояла из трех последовательных фронтовых наступательных операций: Острогожско-Россошанской, Воронежско-Касторненской и Харьковской.

Первой стала Острогожско-Россошанская операция, длившаяся с 13 по 27 января. В ней участвовало, в основном, левое крыло и центр Воронежского фронта. Им противостояли 2-я венгерская и часть сил 8-й итальянской армии.

Острогожско-Россошанская операция началась с фланговых ударов советских войск. С юга позиции итальянцев прорвала 3-я танковая армия (генерал П. С. Рыбалко). С севера ей навстречу перешла в наступление 40-я армия (генерал К. С. Москаленко). В центре нанес удар 18-й стрелковый корпус (генерал П. И. Зыков), имевший задачу рассечь окружаемую группировку. В данном случае был учтен опыт Сталинграда, когда не удалось сразу рассечь на части окруженную группировку, что затянуло процесс ее ликвидации. К югу от Воронежского в наступлении участвовала часть сил Юго-Западного фронта (6-я армия).

За счет создания численного превосходства на участках прорыва, умелой маскировки и внезапности удара советским войскам удалось развить высокий темп наступления. За 5 дней они продвинулись вперед на флангах на 80–120 км и 18 января окружили крупную группировку противника. Не снижая темпов натиска, советские армии быстро образовали внешний фронт, удаленный от окруженной группировки на 40–50 км. Одновременно шло рассечение на части окруженных войск, которые были ликвидированы к 27 января. Успеху наступления в немалой степени способствовало отсутствие господства в воздухе немецкой авиации, понесшей в тот момент невосполнимые потери под Сталинградом. В результате советские летчики-истребители (2-й воздушной армии) пресекли попытки бомбардировок наступавших подразделений.

Это была первая советская операция, когда было до минимума сокращено время между прорывом обороны, окружением и уничтожением взятой в кольцо группировки. Об эффективности проведенной операции свидетельствует и соотношение потерь. Венгры и итальянцы потеряли 71 тыс. чел. пленными и 52 тыс. чел. убитыми. Советские войска — 45 тыс. чел. убитыми.

В результате активного продвижения вперед 40-й и 3-й танковой армий фронт в районе Касторное и Воронежа образовал вытянутую на восток дугу. Внутри ее находились 2-я немецкая армия и 3-й венгерский корпус. Подобная конфигурация давала удобную возможность окружения находящихся на воронежско-касторненском выступе соединений. Еще не закончилась Острогожско-Россошанская операция, как советское командование приступило 24 января к проведению Воронежско-Касторненской операции. В ней участвовали часть сил Брянского (13-я армия) и Воронежского (38-я, 60-я и 40-я армии) фронтов. Это был первый яркий пример успешного перехода от одной крупной наступательной операции к другой.

Наступление проходило в условиях зимнего бездорожья, снежных заносов и метелей. Тем не менее уже 25 января советские войска освободили Воронеж, а 28 января с помощью фланговых ударов окружили в районе Касторного до 9 немецких и венгерских дивизий. К исходу 2 февраля наступавшие продвинулись вперед на 120 км и ликвидировали воронежско-касторненский выступ. Попавшие в окружение немецкие войска, в отличие от своих союзников (итальянцев и венгров), действовали напористо и решительно. Часть германских соединений вырвалась из мешка и пробилась на запад в районе Обояни.

И все же прошедшие бои показали, что времена, когда немцы надежно парировали фланговые удары, канули в Лету. С одной стороны, это свидетельствовало о росте мастерства Красной Армии, с другой — о моральном надломе, который произошел в войсках вермахта после Сталинграда. В целом немецкие и венгерские войска только пленными потеряли в Воронежско-Касторненской операции 86 тыс. чел.

Обе эти операции стали крупной победой советских войск, которые за три недели нанесли жестокое поражение трем армиям. Из них 2-я венгерская армия была почти полностью уничтожена. Район Верхнего Дона стал местом крупнейшего поражения в истории венгерских вооруженных сил.

Немецкий фронт на данном направлении рухнул, и в нем образовалась 400-километровая брешь от Ливны до Купянска. Это открывало прямой и свободный путь на Украину. Используя эту благоприятную возможность, командование Воронежского фронта практически без оперативной паузы продолжило наступление и провело с 2 февраля по 3 марта 1943 года Харьковскую наступательную операцию, в ходе которой были освобождены Курск, Белгород и Харьков. Создались условия для удара с юга в тыл группе армий «Центр», что стало одной из причин оставления немцами Ржевско-Вяземского выступа.

В ходе Воронежско-Харьковской операции советские войска продвинулись вперед на 360–520 км и нанесли тяжелое поражение группе армий «Б», фактически ликвидировав союзные Германии венгерские и итальянские армии. Это была одна из крупнейших операций Великой Отечественной войны, в которой Красная Армия успешно отработала методы окружения противника крупными механизированными соединениями. Она свидетельствовала о возросшем военном искусстве советского командования.

Начало 1943 года ознаменовалось еще одним судьбоносным событием — прорывом блокады Ленинграда. В ходе операции «Искра» (12–30 января 1943 г.), которая проводилась под общим руководством генерала Г. К. Жукова, войска Ленинградского (генерал Л. А. Говоров) и Волховского (генерал К. А. Мерецков) фронтов, нанеся встречные удары южнее Ладожского озера, соединились 18 января у Шлиссельбурга. В результате здесь образовался коридор шириной 10 км. Здесь была проложена железная дорога, названная «Дорогой победы». За прорыв блокады Ленинграда, ставший поворотным этапом Ленинградской битвы, Жуков получил звание маршала.

Однако попытки в феврале — марте 1943 года расширить коридор были пресечены упорной обороной немецких войск в районе населенных пунктов Мга — Синявино, превращенных в мощные бастионы. Летом 1943 года войска Ленинградского (генерал Л. А. Говоров) и Волховского (генерал К. А. Мерецков) фронтов вновь попытались расширить шлиссельбургский коридор. Проведенная ими Мгинская операция (22 июля — 22 августа) не принесла желаемого результата. Наступавшим не удалось ликвидировать Мгинский выступ, где немцы создали мощную, глубокоэшелонированную оборону.

В ходе зимнего наступления Красная Армия освободила потерянную в 1942 году территорию и лишила немцев желанных ресурсов, а также восстановила важнейшие коммуникации, связывающие центр страны с югом. Это создало благоприятные условия для переброски войск по фронту. Зимняя победа досталась дорогой ценой. Общие советские потери в данный период составили 2,8 млн чел.

Для немецких армий советское зимнее наступление 1942–1943 годов оказалось гораздо более сокрушительным, чем год назад. Их потери за этот период исчислялись уже не двумя-тремя сотнями тысяч, а превысили миллион солдат и офицеров. В графе потерь впервые оказались сотни тысяч пленных. Огромной оказалась и убыль военной техники — 24 тыс. орудий, свыше 3,5 тыс. танков, 4,3 тыс. самолетов. Такие утраты Германии становилось восстанавливать все труднее. И все же зимой 1942–1943 годов немцам удалось уйти от более тяжелого поражения. Попав в окружение под Сталинградом, они сумели избежать двух других крупных котлов — Кавказского и Демянского, которые готовило для них советское командование.