17 (30) сентября корпус Шкуро после ожесточенного боя захватил Воронеж. Май-Маевский немедленно откликнулся телеграммой: «Срочно. Генералу Шкуро. Поздравляю Вас и славные части Вашего корпуса с новой блестящей победой и взятием Воронежа. Считаю своим долгом отметить неизменно доблестную работу Вашего корпуса, неоднократно выводившего армию из тяжелого положения. Благодарю Вас за блестящее руководство войсками корпуса, а Ваших орлов за неутомимость, исключительную доблесть».
Вскоре к Воронежу подошел 4-й Донской корпус генерала Мамонтова и 19 сентября (2 октября) соединился с корпусом Шкуро. Через некоторое время Мамонтов уехал в Новочеркасск на заседания войскового круга Всевеликого войска Донского,>{12} и общее командование конной группой из 3-го конного и 4-го Донского корпусов принял генерал Шкуро, поручивший командование 3-м корпусом генералу Ирманову, а 4-м — генералу Толкушкину. В конце сентября Шкуро был вызван на совещание в Харьков, где получил задание любой ценой удержать Воронеж.
В город Шкуро вернулся 2 (15) октября, когда красные уже начали Воронежско-Касторненскую операцию, являвшуюся частью осеннего контрнаступления Южного фронта. Против 3-го конного и 4-го Донского корпусов, а также нескольких пехотных частей, приданных им (всего у белых насчитывалось, по данным противника, около 9 тысяч сабель и 800 штыков), к 30 сентября (13 октября) красные сосредоточили ударную группировку из 42-й стрелковой дивизии и 13-й кавалерийской бригады 13-й армии, 4-й и 6-й кавалерийских дивизий конного (с 17 (30) октября 1-го конного) корпуса СМ. Буденного с подчиненными ему конной группой Филиппова и 56-й кавалерийской бригадой, 12-й стрелковой дивизии 8-й армии, в своем составе имевшей 12 тысяч штыков, около 8,5 тысячи сабель, 94 орудия и 351 пулемет.
30 сентября (13 октября) начались ожесточенные бои, продолжавшиеся с переменным успехом до 11 (24) октября, когда части Шкуро, теснимые численно превосходящими их красными, после непродолжительного боя оставили Воронеж.
Потерпевшие поражение под Воронежем, части 3-го косного корпуса с приданной ему пехотой постепенно отступили, ведя постоянные тяжелые арьергардные бои, на Касторное, где были усилены подкреплениями, как снятыми с фронта, так и пришедшими из тыла. Численность красных также возросла, и к 26 октября (8 ноября) они, отразив попытку контрнаступления Шкуро, перешли в наступление на Касторное с севера, востока и юга. После тяжелых, продолжавшихся неделю боев, воспользовавшись сильной метелью, красные нанесли решительный удар и в результате почти суточного непрерывного сражения 2 (15 ноября) овладели Касторным.