В это время через Балканы прорвалась еще одна колонна под началом генерала Вельяминова. Этой колонне также удалось перевалить хребет, несмотря на чудовищный буран. Не всё, однако, прошло гладко. Восточнее третья колонна генерала Дандевиля не смогла преодолеть хребет. Войска потеряли более 800 (!) человек обмороженными, в пропастях погибли более 50 солдат, тем не менее пройти не удалось. Это стало серьезной проблемой: контингент за Балканами сильно ослаблялся еще до начала главных боев. Однако Гурко, разумеется, не остановил наступление, обходясь тем, что есть. Вельяминову велели сторожить тыл основных сил напротив Софии, основная же часть прорвавшихся войск энергично расширила плацдарм в сторону Араб-Конака и заняла сам перевал. К счастью, оперативная обстановка уже сама по себе работала на Гурко: турки оказались ошеломлены появлением противника с неожиданного направления, а русские вклинились восточнее Софии в боевые порядки османов и теперь заставляли солдат султана вести контратаки под винтовочным огнем. Попытки турок пробить пробку на дороге атаками из Софии захлебнулись. Гурко тут же воспользовался ослаблением противника и двинул крупные силы на саму Софию с востока. 21 декабря Гурко лично выехал к Софии. Генерал предполагал тяжелое сражение под стенами города: в Софии засело 30 таборов, прибывших из Герцеговины.
Верный себе, Гурко лично провел рекогносцировку и обнаружил, что севернее города укреплений у турок нет. Если бы Иосиф Владимирович действовал так же, как армия под Плевной, София могла бы стать ремейком той навевающей мало оптимизма операции. Однако теперь отряд Вельяминова получил приказ атаковать Софию с уязвимого направления. Вельяминов заночевал севернее Софии…
…а наутро обнаружил, что ему не с кем воевать. Турки за ночь по огням и перекличке на аванпостах установили, что их обходят и очистили Софию сами. Более того, решение об отходе принималось спонтанно, и в городе остались запасы пороха, муки, снарядов и патронов. Особенно русских впечатлила мечеть, доверху набитая 20 тысячами патронных ящиков. Преследование не удалось организовать. На то имелась уважительная причина: дорога оказалась забита отходящими турецкими лазаретами: в плен попали около 6 500 брошенных османами раненых и больных. Несчастные находились в катастрофическом положении — мертвые и еще живые вповалку, дикая антисанитария, небрежно и давно перевязанные раны. Медицинская служба в течение всей войны была ахиллесовой пятой турецкого войска, и мало кто мог рассчитывать на выздоровление, попав в такой госпиталь. Русским пришлось поручить раненых собственным врачам, как из человеколюбия, так и во избежание эпидемий.