Для Реввоенсовета Южной группы было ясно, что главной задачей остается — во что бы то ни стало добить Западную армию белых, не дать ей восстановить свои силы. Для этого следовало возможно быстрее разгромить корпус Каппеля в районе Белебея и продолжать стремительное наступление на Уфу. Только так, создав угрозу глубокого обхода Сибирской армии Гайды, можно было оказать действенную помощь Северной группе Восточного фронта. Поэтому М. В. Фрунзе решительно выступил против неправильных распоряжений командующего фронтом, нарушавших группировку сил на центральном направлении. 12 мая, излагая в разговоре с А. А. Самойло свои соображения, М. В. Фрунзе указывал на то, что удар на север от Бугульмы не достигнет цели и в лучшем случае заставит противника отойти, надо нацеливать удар глубже в тыл, чтобы отрезать противнику пути отхода на восток, а для этого необходимо развивать успех на уфимском направлении. Далее М. В. Фрунзе заявил, что предстоящая операция на направлении Белебей — Уфа требует сохранения Южной группы в ее прежнем составе; в крайнем случае надо вернуть из 5-й армии 2-ю и 25-ю дивизии. Если же все указанные требования невыполнимы, тогда надо ликвидировать Южную группу и оставить 4-й армии только одну задачу — борьбу с белоказаками в районах Оренбурга и Уральска.
Выехав в штаб фронта, М. В. Фрунзе добился пересмотра и частичной отмены директивы командующего фронтом. 25-я и 2-я дивизии были оставлены в Южной группе. Таким образом, М. В. Фрунзе сохранил в составе Южной группы для развития наступления на белебейско-уфимском направлении десять бригад из восемнадцати. Кроме того, по его настоянию задача 5-й армии — нанесение удара в северном направлении — была отложена до окончания операции под Белебеем.
После поражения под Бугульмой наиболее боеспособной силой у противника на центральном участке фронта остался корпус Каппеля. Когда Реввоенсовет Южной группы принял окончательное решение провести белебейскую операцию, боевые действия против этого корпуса уже фактически начались. Полки 24-й и 31-й дивизий, наступавшие в направлении Белебея, уже 10–11 мая вошли в соприкосновение с передовыми частями корпуса. В боях у деревни Чегодаево (Троицкое), в 40 километрах южнее Белебея, 212-й полк 24-й дивизии разгромил 10-й Бугульминский полк белых, захватив 700 пленных и 9 пулеметов. 276-й полк 31-й дивизии в боях у деревни Новотроицкой (в 45 километрах юго-западнее Белебея) отбросил противника на северо-восток. 12 мая части из корпуса Каппеля, атаковавшие правый фланг 25-й дивизии на реке Ик, также потерпели неудачу.
15 мая М. В. Фрунзе отдал приказ о наступлении на Белебей. 25-я дивизия включалась в состав Туркестанской армии, а 2-я дивизия оставалась в резерве Южной группы, продвигаясь из Бугульмы на Белебей.
Туркестанская армия силами 31-й дивизии совместно с левофланговыми частями 1-й армии должна была атаковать корпус Каппеля с фронта, а 25-я дивизия и конница направлялись для глубокого охвата противника с севера. 1-й армии ставилась задача — обеспечить белебейскую операцию с юга энергичным наступлением на Стерлитамак.
М. В. Фрунзе учитывал, что при сложившейся неблагоприятной для белых обстановке каппелевский корпус, не успевший еще закончить сосредоточения, не сможет оказать сильного сопротивления. И действительно, после неудачного столкновения с 24-й дивизией и особенно под влиянием угрозы, созданной выходом 25-й дивизии на их правый фланг, каппелевцы 16 мая начали отходить на северо-восток. Однако для удержания Белебея они оставили два полка и батальон пехоты, а также кавалерийский полк. Эти части имели много пулеметов, артиллерию и Два бронепоезда. На окраинах города были вырыты окопы.
Бои за город начались утром 17 мая решительным наступлением частей Туркестанской армии и продолжались весь день. Белогвардейцы оказывали упорное сопротивление. Дважды их оттесняли к самому городу, но они снова переходили в контратаки. Сопротивление белогвардейцев сломила советская конница. Лихими налетами она наносила врагу большие потери. Вечером 17 мая сотни 13-го казачьего имени Степана Разина полка во главе со своим доблестным командиром А. Е. Карташевым первыми ворвались в Белебей и освободили город. Советские кавалеристы захватили свыше 800 пленных, пулеметы и другое оружие. Белые оставили на подступах к Белебею много убитых. За успешные боевые действия в районе Самаро-Златоустовской железной дороги и за овладение Белебеем 13-й полк вместе с другими полками кавалерийской бригады И. Д. Каширина был награжден почетным революционным Красным знаменем.