С утра 26 декабря противник перешел в наступление одновременно с трех сторон и вскоре окружил корпус. Немцы имели 130 танков и подавляющее превосходство в пехоте. Завязались упорные бои. В столь сложных условиях танкисты проявили мужество, стойкость духа и волю к победе. Все атаки врага, пытавшегося уничтожить корпус, попавший, казалось бы, в безвыходное положение, были отражены. Снабжение корпуса осуществлялось по воздуху. Однако ограниченные возможности транспортной авиации не могли удовлетворять все его потребности. Попытки других подвижных соединений помочь окруженным танкистам успехом не увенчались.
Немцы продолжали яростно наседать. На следующий день их танки ворвались в станицу Тацинскую с запада. Командир корпуса бросил в бой свой последний резерв — остатки танкового батальона капитана М. Е. Нечаева. Пять советских танков бесстрашно контратаковали превосходившего в силах противника. В неравном бою удалось уничтожить семь вражеских танков, причем три из них подбил сам комбат. Ценой своей жизни доблестные танкисты задержали врага до подхода подкреплений. За мужество и героизм, проявленные в ходе рейда, и особенно в боях под Тацинской, капитану М. Е. Нечаеву было присвоено посмертно звание Героя Советского Союза.
В ночь на 28 декабря 24-й танковый корпус получил разрешение командующего войсками фронта на прорыв. Внезапный удар головного танкового батальона майора А. Бибикова с десантом автоматчиков под командованием майора К. Будрина разорвал вражеское кольцо, и к 11 часам корпус вышел из окружения при минимальных потерях — 4 танка, 13 убитых, 22 раненых.
Командование высоко оценило боевые подвиги корпуса. Он был преобразован во 2-й гвардейский танковый корпус и удостоен почетного наименования «Тацинский». Командир корпуса В. М. Баданов получил звание генерал-лейтенанта танковых войск и первым в стране был награжден орденом Суворова II степени. Все отличившиеся в боях солдаты и офицеры получили боевые награды; подполковник С. К. Нестеров, майор А. С. Бибиков и посмертно командир танковой роты старший лейтенант А. В. Тимченко — орден Ленина, начальник штаба корпуса полковник А. С. Бурдейный, майор К. Г. Будрин и другие — орден Красного Знамени.
На завершающем этапе операции «Малый Сатурн» (24–31 декабря) отражались контратаки и контрудары подошедших резервов противника, закреплялись на достигнутых рубежах. На направлениях главных ударов войск Юго-Западного фронта немецкому командованию удалось сосредоточить крупные силы и создать почти двойное превосходство в танках и авиации. Поэтому все попытки вырвавшихся далеко вперед подвижных соединений овладеть Морозовском и Миллерово успехом не увенчались. Основной причиной этого явилось, прежде всего, ослабление ударной мощи танковых и механизированных корпусов из-за значительных потерь в материальной части и большого отрыва от своих баз снабжения. Негативную роль сыграло и то обстоятельство, что в действиях подвижных соединений фронта, не объединенных общим командованием, не было достигнуто должной согласованности по месту и времени. К тому же их своевременно не поддержали стрелковые соединения, которые сильно отстали от армейских подвижных групп. Авиация из-за большой удаленности аэродромов не смогла оказать им действенной поддержки.
Главные силы 3-й гвардейской армии, выйдя к 29 декабря на рубеж Скосырская, севернее Морозовска, вместе с подвижными соединениями предприняли очередную попытку овладеть ими. Но и на этот раз добиться успеха не удалось (ЦАМО. Ф. 232, оп. 590, д. 5, л. 134–138). Только 31 декабря после длительных и ожесточенных боев 5-й танковой армии удалось наконец овладеть Обливской.
Ожесточенный характер приняли боевые действия и на правом крыле Юго-Западного фронта. Здесь основной удар врага пришелся по соединениям 1-й гвардейской армии, вышедшим к 25 декабря на рубеж Ново-Марковка, Миллерово. Силами оперативной группы «Фреттер-Пико», усиленной только что прибывшей из Франции 7-й танковой дивизией, противник пытался контрударом отбросить 17-й и 18-й танковые корпуса вместе с подошедшими соединениями 6-го гвардейского стрелкового корпуса. Но все его атаки были отражены. Второй контрудар нанесла 19-я немецкая танковая дивизия из района Беловодска в направлении Чертково с целью деблокады окруженной там группировки. Здесь удар отражали части 4-го гвардейского стрелкового корпуса. Хотя противнику и удалось потеснить его на 40–50 км к востоку, однако основной цели он не достиг, на подступах к Чертково и Кудиновке он был остановлен.