К началу операции войска Южного фронта и 56-й отдельной армии имели равное с противником количество людей, почти в 3 раза превосходили его в артиллерии (на направлении главного удара) и в 1,5 раза в авиации. Однако противник имел двукратное превосходство в танках.
Утром 17 ноября войска Южного фронта перешли в наступление. Одновременно после перегруппировки сил удар с севера на Ростов нанесла 1-я танковая армия генерал-полковника фон Клейста. Наступление Южного фронта вначале развивалось медленно. Из-за нелетной погоды авиация в первые три дня операции не могла обеспечить необходимую поддержку войскам фронта. Наибольшего успеха добилась 37-я армия, соединения которой за четверо суток продвинулись на 30–35 км. В то же время противник, используя превосходство в танках, сумел прорваться к Ростову и 21 ноября овладел городом. Соединения 56-й отдельной армии были вынуждены отойти за Дон и к востоку от Ростова.
Вместе с тем нависающее положение ударной группировки Южного фронта и ее продвижение на юг создали угрозу флангу и тылу противника, прорвавшегося к Ростову. В этих условиях занятие города не давало ему никаких перспектив, а потому он вынужден был перейти к обороне. Более того, для противодействия войскам фронта противнику пришлось начать переброску из города и с побережья Азовского моря на рубеж р. Тузлов двух дивизий (немецкая танковая и словацкая моторизованная).
И.В. Сталин был недоволен медленным развитием наступления Южного фронта, о чем прямо говорилось в директиве Ставки ВГК, направленной в половине шестого утра 22 ноября Маршалу Советского Союза Тимошенко. От командующего Южным фронтом требовалось ударной группой повести решительное наступление с целью ударить по тылам группы фон Клейста, занявшей Ростов. Кроме того, предписывалось решительными, энергичными наступательными действиями занять Таганрог[219].
Вопреки директиве Ставки ВГК, Маршал Советского Союза Тимошенко 23 ноября решил с выходом на р. Тузлов перегруппировать силы 9-й и 37-й армий на юго-восток и оттуда ударить на Ростов. На Таганрог он приказал выбросить усиленный танками отдельный кавалерийский корпус генерал-майора И.И. Хоруна, которому предстояло совместно с частями 18-й армии прикрыть наступающие на Ростов войска от ударов с запада, заняв оборону по р. Миус.
О своем решении Тимошенко доложил Сталину, который его одобрил. На следующий день, 24 ноября, в штаб Юго-Западного направления поступила директива Ставки ВГК, требовавшая от войск Южного фронта разгромить 1-ю танковую армию противника, овладеть районом Ростов, Таганрог и выйти на рубеж Ново-Павловка, Куйбышево, Матвеев Курган, р. Миус. Командующему Закавказским фронтом приказывалось силами 56-й армии содействовать войскам Южного фронта в овладении районом Ростова. В распоряжение генерал-полковника Черевиченко передавался Новочеркасский район (68-я кавалерийская, 317-я стрелковая дивизии), усиленный 6-й танковой бригадой и дивизионом 8-го гвардейского минометного полка[220].
Ударная группировка Южного фронта, выполняя поставленную задачу, 26 ноября вышла на рубеж р. Тузлов и создала реальную угрозу флангу и тылу вражеских войск, захвативших Ростов. Это вынудило фон Клейста прекратить наступление и перебросить часть сил из Ростова на север для организации на правом берегу р. Тузлов обороны против войск 37-й и 9-й армий.
После перегруппировки войска Южного фронта 27 ноября возобновили наступление, нанося удары на Ростов с северо-запада и юга. Под угрозой окружения противник начал отводить свои войска из Ростова. 29 ноября части 56-й[221] и 9-й армий при содействии ростовских ополченцев и партизан очистили город от противника. Преследуя его, соединения обеих армий 2 декабря вышли к р. Миус, где были остановлены заблаговременно подготовленной обороной врага. Большую роль в операции сыграла 12-я армия, которая упорной обороной сдерживала наступление противника и не допустила его прорыва во фланг и в тыл наступающим войскам Южного фронта.