15 января на фронте 13-й армии бои продолжались с прежним напряжением. Отброшенные к северу основные силы 24-го танкового корпуса немцев и остатки пехотных соединений, отошедшие с главной оборонительной полосы, всеми силами стремились удержать за собой район Кельце. Против 4-й танковой и 13-й армий немцы бросили оставшиеся части 16-й и 17-й танковых и 20-й моторизованной дивизий, 76-й фузилерный полк, 64-й запасный полк, 698-й полк 342-й пехотной дивизии, в контратаках противника участвовало до 75 танков и штурмовых орудий и 25 бронетранспортеров с пехотой. Все эти силы противника были перемолоты. Во второй половине дня, преследуя отступавшие неприятельские части, 102-й стрелковый корпус (командир генерал-майор И.М. Пузиков) 13-й армии подошел к южной окраине Кельце.
В это время 76-й корпус 3-й гвардейской армии прорвал внешний обвод укреплений г. Кельце и во взаимодействии с 25-м танковым корпусом атаковал Кельце с северо-востока, востока и юга. К 15 часам левофланговые соединения армии ворвались в город и овладели его восточной частью. Одновременно с юга и запада в Кельце вошли войска 13-й и 4-й танковой армий. Совместными ударами пехоты и танков войска противника, оборонявшие Кельце, были полностью разгромлены и город взят* Противник предпринял ряд ожесточенных контратак, пытаясь восстановить положение в районе Кельце. Отразив эти атаки, войска 13-й и 3-й гвардейской армий прочно закрепили за собой район Кельце. Хотя и в этот день погода стояла преимущественно нелетная, советская авиация принимала активное участие в разгроме немцев у Кельце, совершив 372 боевых вылета.
С овладением г. Кельце — важного узла железных и шоссейных дорог и крупным опорным пунктом немецкой обороны на путях к Ченстохове — был прочно обеспечен правый фланг главной ударной группировки и созданы условия для стремительного развития наступления 13-й армии. К 15 января оперативные резервы противника, сосредоточенные им еще до начала операции, были разгромлены на всем фронте главной ударной группировки. Разбитые части, прикрываясь арьергардами, отходили к третьей тыловой оборонительной полосе, созданной на реке Пилица. Началось преследование главных сил 4-й танковой армии немцев на всем фронте главной ударной группировки.
В полдень 15 января командующий 6-й армией генерал-лейтенант Б.А. Глуздовский отдал боевой приказ на ввод армии в сражение. В результате удары 3-й гвардейской и 6-й армий слились в единый удар, направленный на перехват коммуникаций островецко-опалгувской группировки немцев. Стремительное наступление ударной группировки армии, разгром значительной части 88-й пехотной дивизии немцев и выход советских войск к городу Островец нарушили управление войсками противника. Его отступление превратилось в бегство, в результате чего значительная часть совершенно исправной материальной части немцев в первый же день наступления 6-й армии осталась в качестве трофеев. Наступление соединений 6-й армии, не прекращавшееся и в ночь на 16 января, внесло еще большую деморализацию в ряды противника. Уничтожая и захватывая в плен значительные группы немцев, передовые отряды 6-й армии к утру 16 января заняли Цмелюв и Островец, а к исходу дня захватили Кунув.
Захват войсками 6-й армии железной дороги и главных погрузочных станций — Островец, Кунув — сорвал противнику погрузку в эшелоны боевой техники и живой силы. Те эшелоны, которые были погружены, не сумели пробиться на запад, так как правофланговые соединения 3-й гвардейской армии 16 и 17 января дрались уже на подступах к Скаржиско Каменна, а ее левофланговые соединения в это время стремительно продвигались к р. Пилица. Немецкое командование, не имея возможности собрать разбитые и расчлененные на части войска для организованной борьбы с частями, непрерывно преследовавшими и выходившими на пути отхода, отдало приказ прекратить организованное сопротивление и мелкими группами пробиваться на соединение со своими главными силами. Но приказ запоздал. Впереди уже находились советские войска. Разбитые части и мелкие подразделения немцев, бросая тяжелое оружие, артиллерию, обозы, распылялись, стремясь по лесам и лесными дорогами пробиться к своим.