21 декабря двигавшийся восточнее 1-й гвардейский механизированный корпус 3-й гвардейской армии своими передовыми частями (1-я мехбригада) еще находился в районе Пономарева, в 50 км севернее Гусаровского, ведя бой с 306-й пехотной дивизией противника. Начиная с 24 декабря механизированный корпус Руссиянова действовал в тесной связи с танковым корпусом Павлова.
Однако утром 22 декабря юго-восточнее Гусаровского танкисты Павлова были встречены отрядом мотопехоты противника с артиллерией и миномётами. Немцы заранее оседлали дорогу и из засады обрушились огнём на наш передовой отряд. Бой длился 3 часа. С подходом новых сил корпуса сопротивление противника было сломлено, при этом враг понёс большие потери — была уничтожена штабная колонна из 60 автобусов, взято в плен 30 офицеров и унтер-офицеров (судя по всему, итальянцев).
Преодолев рубеж реки Гнилой и пройдя еще 15 км, к исходу 22 декабря передовые отряды корпуса вышли к Урюпину, где опять встретили серьезное сопротивление. Завязался новый бой. В это время сюда же подошла отходившая из Милютинской на Урюпин неприятельская колонна, также развернувшаяся для боя и открывшая огонь по нашим частям.
Тем временем остальные части корпуса растянулись в длинную колону далеко позади, а его главные силы еще только вошли в поселок Первомайское на реке Большая, в 50 км (!) к северо-западу от Урюпина. Такая ситуация, вызванная нехваткой автотранспорта, отчасти сыграла и положительную роль — корпус превратился в подвижный заслон, препятствующий отходу на запад войск противника, разбитых в районе Астахова и Боковской. Так, 22 декабря в районе Первомайской наши танкисты разгромили остатки 11-й румынской дивизии, отступавшей из района Кружилина; командир дивизии генерал Неделя был взят в плен.
Бой за Урюпин продолжался всю ночь и первую половину следующего дня, закончившись лишь после полудня 23 декабря. Подразделения противника отошли в направлении Морозовский. К этому моменту передовые части 1-го гвардейского механизированного корпуса еще находились на рубеже предыдущей реки — Березовая, заняв села Степано-Савченский и Слобода Селивановская в 35 км севернее Урюпина. Таким образом, танкистам Павлова фактически пришлось в одиночку принять на себя первый удар немецких резервов, выдвигаемых с юга и перебрасываемых с котельниковского направления.
Заняв Урюпин, передовые части 25-го танкового корпуса еще немного продвинулись вперед, однако утром 24 декабря был, окончательно остановлен, врагом. За этот день выдвинувшиеся из Морозовского части противника (до полка пехоты и батальон 8-й авиаполевой дивизии, переброшенный из района Тормосина) при мощной поддержке авиации произвели до 10 контратак, стремясь отбросить наши танковые части на север. Все атаки были отбиты, противник понёс большие потери, но дальнейшее продвижение 25-го танкового корпуса на Морозовск было остановлено. Лишь к этому моменту в район боев наконец-то вышли основные силы корпуса. Но было уже поздно — противник тоже успел подтянуть резервы и создать прочную линию обороны.
За семь дней наступления танковый корпус генерала Павлова с боями прошел свыше 200 км, уничтожив и пленив при этом более 10 000 солдат и офицеров противника. В числе убитых оказались один итальянский и два немецких генерала, еще один румынский генерал был захвачен в плен. В ходе боёв танкисты сбили 5 вражеских самолётов, уничтожили 60 танков, 208 орудий и захватили большие трофеи. Однако дались эти победы нелегко — к концу наступления в 25-м танковом корпусе осталось всего 12 танков.
25 декабря восточнее 25-го танкового корпуса на этот же рубеж, выбив противника из района Милютинской, вышли части 1-го гвардейского механизированного корпуса. Тем самым было создано некое подобие сплошного фронта по линии Урюпин, Нагорная, Пришиб в 10 км севернее железной дороги Тацинская — Сталинград. На следующий день дивизии правого фланга 3-й гвардейской армии (197-я и 278-я), пройдя севернее, пересекли маршрут движения 25-го танкового корпуса и заняли оборону от Никольской до Ильинки. В районе Скосырской временно образовалась брешь, куда выдвигались немецкие части, перерезавшие связь с Тацинской и с действовавшим там 24-м танковым корпусом.
На долю 24-го танкового корпуса
генерал-майора В. М. Баданова в этом сражении выпали наибольшие испытания и наибольшая слава. Корпус имел своей задачей захват Тацинской — одой из двух основных авиабаз, с которых противник осуществлял снабжение по воздуху окруженной в Сталинграде 6-й армии. Для этого надо было пройти по тылам противника свыше сотни километров, преодолеть несколько рек (часть которых еще недостаточно замерзла, чтобы выдержать переправу танков), при этом сохранив силы корпуса не только для удара, но и для последующей обороны захваченной базы.