Между тем, охватив с трех сторон немецкую группировку в Харькове, советские войска приступили к ее уничтожению. Утром 15 февраля войска Воронежского фронта после мощного огневого налета артиллерии начали штурм городских укреплений на окраинах города. Стрелковые соединения 40-й армии овладели Залютино, выбили противника из поселков Красный Октябрь, Лозовеньки, Пятихатки. В это же время 25-я гвардейская стрелковая дивизия и 5-й гвардейский танковый корпус вышли к Южному вокзалу и соединились там со 183-й стрелковой дивизией. В 8 часов 15 февраля в Померки ворвались воины 100-й стрелковой дивизии. При поддержке 16-й отдельной истребительно-противотанковой артиллерийской бригады подполковника А.В. Чапаева они достигли городского парка и ипподрома.
К 13 часам части 340-й стрелковой дивизии, очистив от врага северо-западную часть города, продвинулись в район Южного вокзала и соединились там с 78-м гвардейским стрелковым полком 25-й гвардейской стрелковой дивизии. К исходу дня пути отхода противнику на Богодухов и Люботин были отрезаны стрелковыми частями 40-й армии и 5-м гвардейским танковым корпусом. На северо-восточной окраине города вели ожесточенные бои дивизии 69-й армии.
С востока и юго-востока Харьков охватывали соединения и части 3-й танковой армии. В 15 часов 15 февраля они овладели поселком Герцена в юго-восточной части города и перерезали Змиевское шоссе. Через час была очищена от немецких подразделений железнодорожная станция Основа. При этом части 62-й и 48-й гвардейских стрелковых дивизий захватили 45 паровозов, 255 товарных вагонов, 14 железнодорожных эшелонов с имуществом и несколько складов с продовольствием.
В боевом донесении Верховному Главнокомандующему от 16 февраля командующий войсками Воронежского фронта докладывал: «40-я армия. Войска армии главными силами во взаимодействии с частями 69-й и 3-й танковой армий вели уличные бои в западной и северо-западной части г. Харьков и, достигнув центра города, продолжали очищать его от мелких групп противника. Части 25-й гвардейской, 305, 340, 183, 100-й стрелковых дивизий и 5-го гвардейского Сталинградского танкового корпуса в первой половине дня овладели западной и северной частью города. Противник частями СС оказывал упорное сопротивление, пытаясь отходить в направлении Полтава и Люботин. Часть сил армии (303, 107 и 309-я стрелковые дивизии) вела бои за Обоянь, Грайворон и Богодухов на прежних рубежах.
69-я армия. Войска армии, преодолевая упорное огневое сопротивление на подступах к г. Харьков, в первой половине дня вели уличные бои в восточной части города и овладели ею. Противник на подступах к г. Харьков оказывал упорное огневое сопротивление, с рассвета мелкими группами начал отход на г. Харьков и далее в направлении Полтава, Люботин. По овладении восточной частью города войска армии сосредоточились в районах платформы Руднева, пос. Халтурина, ст. Левада, пос. Шевченко, пос. Ворошилова.
3-я танковая армия. Войска армии основными силами во взаимодействии с частями 40-й и 69-й армий вели бои за захват юго-восточной части г. Харьков, частью сил (12-й танковый корпус, 111-я стрелковая дивизия) уничтожали противника в районе Васищево, Боровое, препятствуя отходящей от Змиева группировке противника прорваться на г. Харьков. В первой половине дня, ворвавшись в юго-восточную часть города, войска армии полностью овладели ею. Оставив 62-ю гвардейскую стрелковую дивизию гарнизоном в г. Харьков, части армии выдвигались на рубеж Песочин, Коротич, Березовое, Южный. 6-й гвардейский кавалерийский корпус днем из района Большой Гомольши выдвигался в направлении Соколово, Миргород»[202]
.16 февраля части 183-й и 340-й стрелковых дивизий 40-й армии ворвались на площадь Дзержинского. Поднявшийся на здание Дома государственной промышленности командир взвода автоматчиков 1142-го стрелкового полка 340-й дивизии лейтенант Шевченко сбросил немецкий флаг и поднял над городом Красное знамя. К 12 часам Харьков был полностью очищен от врага. Как отметил генерал Казаков: «Особенно приятно было сознавать, что город не подвергся сильным разрушениям, а некоторые заводы, частично использовавшиеся немцами для ремонта боевой техники, достались нам прямо на ходу»[203]
.По оценке генерал-полковника Ф.И. Голикова, главная роль в освобождении Харькова принадлежала 40-й армии генерал-лейтенанта К.С. Москаленко. На разборе операции в штабе фронта в присутствии командующих армиями и командиров корпусов Голиков заявил: «40-я армия представляла основную силу маневра в Харьковской операции… Развернутая в районе города Старый Оскол, она была двинута по оси Скородное, Белгород, Казачья Лопань, Дергачи, с тем чтобы выйти на город Харьков с северо-запада и запада, как это и было фактически осуществлено… Решающую роль во взятии Харькова сыграла 40-я армия»[204]
.