Наконец, утром 20 января колонна, которой номинально руководил командир дивизии «Куэнеензе» генерал Баттисти, приблизилась к Валуйкам, но здесь была встречена кавалеристами Соколова. 11-я гвардейская дивизия, после залпа «катюш», атаковала итальянцев в конном строю: «Случилось это в яркий солнечный день. Кавалеристы мчались по снежному полю в своих черных бурках с развевающимися башлыками. Блеск клинков, крики «ура», скачущие лошади — все это окончательно деморализовало итальянцев». Порубав от души почти полторы тысячи человек, конники приступили к сбору пленных.
Колонна дивизии «Тридентина», с которой следовал штаб Альпийского и 24-го танкового корпусов, во время отступления сохранила наибольшую боеспособность, если можно так выразиться.
«За пять дней марша, — пишет Д. Фуско, — к колонне «Тридентины» присоединились пять или шесть тысяч безоружных и отчаявшихся людей, которые не шевельнули бы пальцем, чтобы помочь головному отряду пробиться через заградительные отряды русских, но были готовы убить друг друга ножом, палкой или зубами из-за полбуханки твердого, как камень, хлеба, куска одеяла или нескольких сантиметров пола в углу избы. Это были итальянцы, венгры, пруссаки, австрийцы, баварцы, бежавшие в одиночку или группами из русских «котлов», был даже отряд «донских казаков» и сотня румын, очутившихся за 350 км от расположения своих войск… Колонна генерала Наши разбухала на глазах, как река в половодье. Марш людей утяжеляли санки, телеги, самодельные волокуши, которые тащили за веревки, как это делали в доисторические времена кочевников. В снеговых вихрях среди людей мелькали силуэты лошадей, превратившихся в скелеты мулов и медлительных волов, украденных у крестьян. Они шли вперед, опустив голову, обессиленные от голода и усталости. Время от времени они падают в снег. Последняя дрожь сотрясала их иссохшую кожу. На них сразу же набрасывались люди, громко споря на всех языках и вступая в драку из-за наиболее съедобных кусков…
Каждый день, особенно с наступлением темноты, многие солдаты сходили с ума. Больше всего их было в колонне «отбившихся». Одни превращались в животных, и с ними обращались как с животными. Другие, не говоря ни слова, покидали колонну, пристально глядя в снег. Они останавливались на мгновенье, оглядывали бесконечную процессию, затем валились на обочину. Казалось, их покидала душа. Из-под красных тяжелых век их последний взгляд был уже тусклым и невидящим, как у мертвеца».
26 января батальоны дивизии «Тридентина» вместе с немецкими частями прорвали кольцо окружения у Николаевки. Через проход «вышло 40 тысяч оборванцев, которые еще две или три недели назад были солдатами, унтер-офицерами и офицерами союзных армий».
Бои по разгрому войск, окруженных в районе Острогожска, проходили с 19 по 24 января. Ликвидация россошанской группировки продолжалась до 27 января.
В итоге операции советские войска продвинулись на 140 километров. Пятнадцать дивизий противника были разгромлены, в том числе полностью уничтожены немецкие 385-я пехотная и 27-я танковая, шести дивизиям нанесено поражение. Количество убитых оценивается нашими источниками в 52 тысячи человек. В качестве трофеев были захвачены 92 танка, 1400 орудий, 1270 минометов, 2650 пулеметов, 30 000 винтовок, 2,2 миллиона снарядов, 21,5 миллиона патронов, огромные запасы продовольствия, фуража и технического имущества. Войска Воронежского фронта взяли более 80 тысяч пленных, в том числе трех итальянских генералов. Пленных было так много, что их некому было конвоировать, им просто указывали направление на ближайший сборный пункт или давали в сопровождение колхозников. Среди погибших нашли тело командира 24-го танкового корпуса генерала Ванделя. При выводе войск из окружения был убит и его преемник генерал-лейтенант Айбль. Из 57 тысяч солдат и офицеров Альпийского корпуса удалось вырваться едва 27 тысячам. С учетом раненых и обмороженных его потери составили 42,5 тысячи человек, или 80% состава. Из дивизии «Тридентина» уцелело 6500, из дивизии «Джулия» — 3300, из дивизии «Кунеензе» — 1600, из «Виченцы» — 1300 человек. На Восточном фронте не осталось ни одного боеспособного итальянского соединения.
Потери советских вооруженных сил нам неизвестны. 3-я танковая армия потеряла убитыми и ранеными около 10 тысяч человек и безвозвратно 58 танков, еще около 200 боевых машин выбыло из строя по причине боевых повреждений и поломок. Дивизии 40-й армии, как сообщает генерал Москаленко, «понесли весьма незначительные потери, сохранили боевую мощь и наступательный порыв».