23 августа в 12.30 командующий войсками СтепФ направил Верховному главнокомандующему телеграмму об освобождении Харькова [1079] . В результате прорыва 53-й и 5-й гвардейской танковой армиями фронта противника (двух заранее подготовленных оборонительных полос с развитой системой траншей, колючей проволокой, противотанковыми рвами и эскарпами на линии Пересечная – Синелицевка и на линии Старый Люботин – Коротич), а также удара 57-й А на Хорошевском направлении к исходу дня 22 августа правое крыло фронта вышло в тыл города Харькова. В связи с этим успехом 69-й и 7-й гвардейской армиям было приказано с 22.00 22 августа перейти в решительный ночной штурм города Харькова. В результате ночных боев войска СтепФ к 12.00 часам 23 августа полностью овладели городом Харьковом.
По утверждению советских источников [1080] , большая часть немецкой группировки, оборонявшей город, была уничтожена, а ее остатки, преследуемые танками и авиацией СтепФ, в панике бежали на юго-запад за реки Мерефа и Мжа, бросив массу боевой техники.
Согласно боевому донесению генерала Конева Верховному главнокомандующему об обстановке к 24 часам 23 августа 1943 года [1081] , войска СтепФ после решительного ночного штурма к 12 часам этого дня полностью овладели городом Харьковом, отбросив противника на южный берег реки Уды. На правом и левом флангах продолжались наступательные бои, в ходе которых были взяты Райеленовка, Песочин (до центра) и Безлюдовка. За 23 августа войска фронта продвинулись на 5—17 км, заняв, кроме города Харькова, еще 59 населенных пунктов, в том числе 14 железнодорожных станций и разъездов.
Соединения 53-й А и 1-го мк во взаимодействии с 5-й гв. ТА, прорвав оборону противника у Старого Люботина, Коротича, вели напряженные наступательные бои, отразив в течение дня неоднократные контратаки пехоты силой до батальона с 15–20 танками каждая с направлений Люботина и лесов юго-западнее Коротича. В районе Старого Люботина установлено присутствие тд СС «Рейх» и 3-й тд.
5-я гв. ТА (18-й танковый и 5-й гв. механизированный корпуса) в течение дня, отразив три контратаки пехоты и танков противника на Коротич, продолжала вести бои южнее и юго-восточнее Коротича. Передовыми частями танковая армия перерезала дорогу Харьков – Мерефа у Покотиловки.
69-я и 7-я гвардейская армии в результате ночного штурма и упорных боев в предместьях города к 12 часам полностью овладели Харьковом и к исходу дня вышли на восточный берег реки Уды на участке Песочин – Елизаровка – Жихорь, далее изгиб реки 1–1,5 км южнее Жихоря.
57-я А на правом фланге овладела Безлюдовкой, в центре и на левом фланге отражала атаки противника силой до двух полков пехоты с 20–40 танками.
ВВС фронта за 23 августа произвели 550 самолето-вылетов на штурмовку, бомбометание и разведку войск противника. Германская авиация за день совершила до 250 самолето-пролетов.