В этот день на южном фланге Воронежского фронта началась Воронежско-Касторненская фронтовая наступательная операция, которая современными военными историками рассматривается как часть Воронежско-Харьковской стратегической наступательной операции, проведённой войсками Воронежского, Брянского и Юго-Западного фронтов с 13 января по 3 марта 1943 года.
В соответствии с планом операции, первыми в наступление пошли части 40-й армии под командованием К.С. Москаленко, 19 января повышенного в звании до генерал-лейтенанта, и соединения 4-го танкового корпуса (командир генерал-майор танковых войск А. Г. Кравченко), который 7 февраля 1943 года за образцовое выполнение боевых задач, стойкость, мужество, высокую дисциплину и героизм личного состава, проявленные в Сталинградской битве, был преобразован в 5-й гвардейский танковый корпус с почётным наименованием «Сталинградский». Этим двум войсковым объединениям предстояло из района южнее Воронежа нанести главный удар по врагу, и только потом, когда будут перерезаны основные пути отступления гитлеровцев на запад, общее наступление должны поддержать и другие армии Воронежского фронта.
Однако, бушующая в полосе наступления, многодневная пурга, сопровождавшаяся резким похолоданием и снежными заносами, осложнила боевые действия соединений Воронежского фронта, которые из-за погодных условий начали наступление лишь после полудня. Тем не менее, сломив сопротивление гитлеровских частей и с боем продвигаясь через снежные заносы, войска 40-й армии и 4-го танкового корпуса к вечеру 24 января в нескольких местах вклинились в оборону противника.
Не самым удачным образом сложился этот день и в полосе 60-й армии (командующий генерал-майор И.Д. Черняховский), где 100-я и 121-я стрелковые дивизии должны были, с двух сторон обходя Воронеж, вступить в бой с гитлеровцами, чтобы не дать немецкими оккупантами возможность отойти из города за Дон. Однако, и здесь отложенная из-за метели, артподготовка началась лишь в 14.15, когда немцы уже начали отступление из Воронежа. Отражая атаки советских воинов, гитлеровцы к исходу 24 января полностью оставили город и отступили за Дон, где прочно оседлала донской рубеж, не позволив подразделениям 60-й армии форсировать реку на плечах отступающего противника.
Отступающие немцы использовали на главных перекрёстках города баррикады из подбитых ещё летом и осенью советских танков.
24 января Совинформбюро дважды сообщало о наступательных боях Красной Армии южнее Воронежа. В вечерней сводке говорилось: «Войска Воронежского фронта вели успешное наступление. Наши танкисты уничтожали разрозненные группы из окружённых частей противника. В течение дня взято 1.600 пленных. Гарнизон населённого пункта Волоконовка, отказавшийся сложить оружие, полностью уничтожен. Бойцы Н-ской части овладели крупным населённым пунктом, на улицах которого подсчитано 360 вражеских трупов. В боях за этот населённый пункт захвачены 18 орудий, 32 пулемёта, 7 миномётов, склад боеприпасов и 2 продовольственных склада».