Потери советских войск были велики. При незначительных территориальных успехах в операции «Марс» они безвозвратно потеряли почти 70,4 тыс. человек (14 % от их численности к началу операции) и 1366 танков[200].
Стойкой обороне советских войск на реке Мышкова способствовало также и успешное наступление Юго-Западного фронта в сторону Миллерово и Тацинской по плану операции «Сатурн». Еще 14 декабря Ставка ВГК внесла изменения в этот план. Главный удар Юго-Западного фронта, нацеленный на юг через Миллерово на Ростов, в тыл группам армий «Дон» и «А», направлялся на юго-восток, в тыл армейской группе «Гот». Тем самым за счет уменьшения размаха наступательной операции советских войск на Среднем Дону и ограничения поставленных перед ними задач решалась проблема организации взаимодействия между войсками Юго-Западного и Сталинградского фронтов при разгроме котельниковской группировки врага. Уточненный план операции «Сатурн» получил новое кодовое наименование — «Малый Сатурн»[201].
Для разгрома вражеской группировки (8-я итальянская армия, немецко-румынская оперативная группа «Холлидт», остатки 3-й румынской армии и 48-й немецкий танковый корпус, входивший в состав армейской группы «Гот», оборонявшейся на Среднем Дону) привлекались часть войск Юго-Западного фронта (l-я и 3-я гвардейские общевойсковые, 5-я танковая и 17-я воздушная армии), а также 6-я общевойсковая (впоследствии передана в состав Юго-Западного фронта) и 2-я воздушная армии Воронежского фронта.
Наступление советских войск на Среднем Дону началось утром 16 декабря после мощной артиллерийской подготовки. Из-за неблагоприятной погоды авиация смогла начать боевые действия только с 11 часов. Днем 17 декабря стрелковые части совместно с введенными в сражение подвижными соединениями прорвали вражескую оборону. В образовавшуюся брешь устремились танковые корпуса, которые к вечеру продвинулись на 20–25 км. Сломив сопротивление неприятельских частей на рубеже реки Богучарка, они прорвались в глубокий тыл врага и громили один за другим его гарнизоны, расставленные по станицам.
Чтобы задержать наступление советских подвижных соединений, немецкое командование начало спешно создавать в районе Миллерово — Тацинская — Морозовск крупную группировку в составе 27 дивизий, из них четыре — танковые.
Высланные от танковых корпусов передовые отряды, не ввязываясь в бои с отдельными частями противника и отрезая им пути отхода, наносили удары с тыла, захватывали узлы коммуникаций, разрушали линии связи, дезорганизовывали управление войсками. Вслед за ними выдвигались основные силы, завершая окружение и разгром продолжавших сопротивление группировок. Враг был полностью деморализован. Все дороги были забиты брошенной им техникой, вооружением, бесчисленными обозами.