В 9 часов в условиях густого тумана пошла в атаку пехота. Соединения 53-й армии совместно с 5-м гвардейским механизированным корпусом прорвали вражескую оборону, но противник, оправившись от первого удара, предпринял контратаки танками и пехотой из района Федварь. Войска 5-й гвардейской армии также прорвали оборону противника, отразив несколько контратак его пехоты и танков. В 11 часов в сражение был введен 7-й механизированный корпус. К исходу дня он и части 110-й гвардейской стрелковой дивизии прорвались к р. Ингул в районе Большая Мамайка. На правом фланге ударной группировки фронта войска 53-й и 5-й гвардейской армий прорвали оборону соединений 8-й армии в полосе шириной 24 км и на глубину от 4 до 24 км.
Однако войска 7-й гвардейской армии встретили упорное сопротивление частей 8-й армии, сумев в течение двух часов преодолеть всего около двух километров. Поэтому с разрешения генерала армии Конева командующий 5-й гвардейской танковой армией в полдень ввел в сражение 18-й и 29-й танковые корпуса. Сам Конев с группой офицеров и генералов полевого управления фронта выехал на командный пункт 5-й гвардейской танковой армии, откуда продолжал руководить операцией. Он, стремясь развить успех 5-й гвардейской армии, приказал передать в подчинение генерала А.С. Жадова 8-й механизированный корпус. Войска армии должны были с утра 6 января «развить энергичное наступление 7-м и 8-м механизированными корпусами в обход Кировограда с северо-запада в общем направлении на Грузкое, разъезд Лелековка с целью перерезать пути, ведущие из Кировограда на запад и северо-запад, и во взаимодействии с войсками 5-й гвардейской танковой армии овладеть Кировоградом» [419].
В одиннадцать часов вечера 5 января части 18-го и 29-го танковых корпусов возобновили наступление. Разгромив остатки противотанкового узла противника в Плавнях, они продвинулись на 10 км и к утру 6 января вышли на рубеж Покровское, Рыбчино. Развивая наступление, 31-я танковая бригада к полудню завязала бой на восточной окраине Клинцов. Вскоре сюда подошли и остальные соединения 29-го танкового корпуса. Южнее наступал 18-й танковый корпус, который к часу дня переправился через р. Ингул и начал стремительно продвигаться на северо-запад. Части 29-го танкового корпуса, с ходу преодолев второй оборонительный рубеж, созданный по р. Аджамка, в ночь на 7 января прорвались к юго-восточной окраине Кировограда. 18-й танковый корпус овладел Федоровкой и, прикрыв свой южный фланг, главными силами к утру вышел к Ново-Павловке, перерезав шоссейную дорогу Кировоград – Ровное. В это время передовые части 7-го и 8-го механизированных корпусов, развивая наступление на Грузкое, перехватили железную и шоссейную дороги Кировоград – Ново-Украинка в районе разъезда Лелековка, завершив оперативное окружение противника в Кировограде. 8 января город был освобожден. Успех, достигнутый войсками 5-й гвардейской танковой армии, обошелся ей в 139 потерянных танков и САУ, или около 60 % боевого состава [420].
Одновременно с наступлением на кировоградском направлении войска 52-й армии нанесли удар на Христиновку, а 53-я армия с 5-м гвардейским механизированным корпусом – на Малые Виски.
Фон Манштейн, потеряв Кировоград и Бердичев, получил две бреши в своем фронте: одну – между 1-й танковой армией и правым флангом 4-й танковой армии; другую – между 4-й танковой армией и группой армий «Центр», где действовал слабый 59-й армейский корпус, отступавший с боями на Ровно. Из двух зол фон Манштейн выбрал наибольшую опасность – брешь между 1-й и 4-й танковыми армиями. Ее надо было закрыть в первую очередь, так как прорыв советских войск в направлении на Умань вынудил 1-ю танковую армию загнуть свой западный фланг в районе юго-западнее Киева на юг. Он соприкасался теперь своими тыловыми позициями с тыловыми позициями 8-й армии, расположенной в Днепровской дуге.