Командир корпуса решил, не меняя боевого порядка, продолжить наступление и к 20 часам овладеть Котельниковом. Для прикрытия правого фланга были выделены два батальона 7-й мотострелковой бригады. 87-я танковая бригада с третьим батальоном 7-й мотострелковой бригады были оставлены в общевойсковом резерве. Рациональность данного решения заключалась в том, что не требовалось время на изменение боевого порядка корпуса при том, что достигалось надежное обеспечение его правого фланга и нахождение достаточного количества сил в резерве на случай решения внезапно возникающих задач.
Котельниково представляло собой мощный узел обороны. Мосты через реку Аксай Курмоярский были подготовлены к взрыву, подступы к городу заминированы, а в самом Котельникове укрылось до 30 танков и батальон пехоты. Захватить такой узел было не просто.
Следующий этап наступления начался с 8 часов утра 27 декабря. При выдвижении на рубеж развертывания советские части подверглись массированным ударам авиации противника. Поэтому их атака с этого рубежа началась только в И часов. Бои за высоты, расположенные на подступах к Котельникову, длились несколько часов. Только после этого противник оставил занимаемые позиции и отошел на новый оборонительный рубеж.
Наступление на Котельниково продолжалось до наступления темноты. К 23 часам передовые танки 62-й танковой и 3-й гвардейской тяжелой танковой бригад достигли рубежа, расположенного в 2,5 километра севернее Котельникова, но, встретив сильное сопротивление противника, были вынуждены прекратить наступление. К тому же выяснилось, что и топливо и боезапас в танках на исходе. Поэтому командир, приняв решение закрепить достигнутый рубеж мотопехотой, приказал отвести танки в тыл для их дозаправки и пополнения боеприпасами.
К этому времени 7-я мотострелковая бригада овладела населенным пунктом Цыган и захватила переправу через реку Аксай Курмоярский. Остальные соединения также выполнили свои задачи, чем были созданы условия для решительного штурма Котельникова.
Было установлено, что в районе Цыган обороняются румынские части, менее стойкие в обороне, чем немецкие. Командир корпуса решил использовать это обстоятельство и нанести главный удар на этом направлении. Для этого он приказал командирам 87-й танковой бригады с батальоном 7-й мотострелковой бригады, действуя в направлении Верхне-Яблочный, Цыган, Майорский, форсировать реку Аксай Курмоярский и с рассветом 28 декабря атаковать Котельниково с запада. Одновременно с этим части 62-й танковой и 3-й гвардейской тяжелой танковой бригад должны были атаковать город с севера и с востока.
Выход танков 87-й танковой бригады с пехотой на броне на южный берег Аксай Курмоярский был совершенно неожиданным для противника. Была захвачена автомашина, от водителя которой стало известно о наличии аэродрома в этом районе. Танковый батальон капитана Н. В. Ананченко ворвался на его территорию и захватил около 20 самолетов и большой запас авиационных бомб, а также 800 бочек с горючим (ЦАМО. Ф. 6501, оп. 382875, д. 1, л. 16–20).
Захватив аэродром, подразделения 87-й танковой бригады продолжили наступление на Котельниково. С севера и востока к нему подходили еще две бригады 7-го танкового корпуса. К 13 часам передовые советские части достигли окраин Котельникова, но были остановлены сильным встречным огнем противника. Однако, несмотря на сильное сопротивление противника, к 18 часам все бригады первого эшелона 7-го танкового корпуса ворвались в город.
Бой в городе продолжался в течение всей ночи с 28 на 29 декабря. К утру 29 декабря Котельниково было очищено от противника. В период с 24 по 29 декабря части 7-го танкового корпуса, продвинувшись на 70–80 километров, уничтожили несколько сот солдат и офицеров противника, 300 человек были захвачены в плен. Кроме того, было уничтожено 25 танков, 65 орудий и минометов различного калибра, много другого военного имущества. Сам корпус за это время потерял 14 танков, остальные нуждались в мелком ремонте, а личный состав — в отдыхе. Поэтому командующий армией принял решение сосредоточить 7-й танковый корпус в районе Котельникова для восстановления его боеспособности.
За умелые действия в боях за Котельниково большая группа бойцов и командиров 7-го танкового корпуса была награждена орденами и медалями, а сам корпус приказом НКО № 42 от 24 января 1943 года был переименован в 3-й гвардейский и ему было присвоено почетное наименование «Котельниковский». Командир корпуса генерал П. А. Ротмистров в числе первых генералов Советской Армии был награжден только что учрежденным орденом Суворова 2-й степени. Одновременно ему было присвоено звание генерал-лейтенанта танковых войск.
2-й ГВАРДЕЙСКИЙ МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ КОРПУС