Сильное сопротивление оказала группировка немецких войск, окруженная в Острогожске. Чтобы ускорить ее ликвидацию, по решению командования 40-й армии к городу была подтянута 10-я артиллерийская дивизия. Пушечные и гаубичные полки дивизии открыли сосредоточенный огонь по важнейшим опорным пунктам в городе, а легкие полки поддерживали наступление пехоты, перемещаясь в ее боевых порядках. Действия артиллерии в значительной степени способствовали взятию Острогожска нашими войсками.

Так как сплошной фронт окружения противника отсутствовал, его отдельным группам удавалось все же отходить на запад. Но они перехватывались небольшими отрядами наших войск, усиленными артиллерией, и уничтожались.

К 27 января войска фронта в основном закончили ликвидацию окруженного противника.

Из опыта первых наступательных операций С.С. Варенцов отчетливо уяснил требования, предъявляемые к организации боевого применения артиллерии: детальная разведка обороны противника; решительное массирование артиллерии и создание высокой плотности ее на участках прорыва; четкое планирование действий артиллерии на всю глубину наступления; создание устойчивой и легко-управляемой группировки артиллерии, обеспечивающей непрерывное взаимодействие ее с пехотой и танками; смелый и быстрый маневр артиллерии и широкое применение массированного огня на всех этапах наступления.

Этим требованиям С.С. Варенцов следовал неукоснительно до конца войны и стал одним из ярких артиллеристов-военачальников.

Разгром острогожско-россошанской группировки противника создал благоприятную обстановку для нанесения ударов по флангам и тылу 2-й немецкой армии, оборонявшейся в районе Воронежа. Чтобы не дать противнику возможности отвести 2-ю армию го образовавшегося мешка, Ставка ВГК еще в ходе завершения Острогожско-Россошанской операции, без всякой оперативной паузы, развернула новую Воронежско-Касторненскую операцию. 20 января Ставка приказала войскам Брянского и Воронежского фронтов провести совместную наступательную операцию с целью освобождения важных узлов дорог Воронежа и Касторное, создания условий для наступления Красной армии на Курском и Харьковском направлениях. Для этого они должны были ударами с севера и юга — по сходящимся направлениям на дальних флангах дуги — окружить и уничтожить находящиеся внутри ее главные силы 2-й немецкой армии.

Начало наступления было намечено на 24–26 января. В соответствии с замыслом Ставки командующий Воронежским фронтом генерал-полковник Ф.И. Голиков решил осуществить прорыв на трех участках.

Главный удар фронта наносила 40-я армия из района Роговатое в направлении Горшечное — Касторное. Там ей и предстояло соединиться с 13-й армией Брянского фронта, тем самым замкнуть кольцо вокруг вражеской группировки войск. Кроме того, 40-й армии было приказано частью сил наступать на Старый Оскол, Ястребовку с целью создания внешнего фронта окружения и обеспечения с запада левого крыла фронтовой ударной группировки.

38-я армия должна была нанести отсекающий удар на Нижнюю Ведугу. Навстречу ей предстояло наступать 60-й армии. Ее задача состояла в том, чтобы частью сил сковать вражеские войска в районе Воронежа. Для активных действий она получила от 40-й армии 22-километровый участок фронта на правом берегу Дона от Костенки до населенного пункта Семидесятское. Вместе с ним в состав 60-й армии были переданы и находившиеся на этом рубеже не-сколько соединений.

Подготовка Воронежско-Касторненской операции проводилась в чрезвычайно сжатые сроки, что определило ряд особенностей в боевом применении артиллерии.

Командующий артиллерией Воронежского фронта генерал С.С. Варенцов получил указания штаба фронта о перегруппировке артиллерии. 21–22 января штабом артиллерии Воронежского фронта были отданы распоряжения о перегруппировке артиллерии с готовностью ее 24–26 января. Таким образом, артиллерийские соединения и части имели в своем распоряжении для проведения марша, развертывания, разведки противника, пристрелки и организации взаимодействия с войсками всего 3–4 суток.

Большая часть артиллерии усиления, которую можно было привлечь к обеспечению операции Воронежского фронта, находилась в районе Острогожска, где только что закончились бои с крупной группировкой немецких войск. Из района Острогожска на левый фланг 60-й армии, наносившей главный удар, были перегруппированы 10-я артиллерийская дивизия и часть 4-й гвардейской минометной дивизии. Остальные армии получили на усиление по нескольку артиллерийских и минометных полков.

Маневр артиллерии затруднялся плохим состоянием дорог, частыми снежными заносами и буранами и недостаточным количеством средств тяги. В особенно тяжелом положении оказалась 38-я армия, артиллерии усиления которой предстояло совершить марш на 150–300 километров, и существовала опасность, что она не прибудет к началу операции. На помощь пришел соседний Брянский фронт, выделивший из своей 12-й артиллерийской дивизии два полка в 38-ю армию.

На направлениях главного удара армий удалось довести плотность артиллерии всего до 20–50 орудий и минометов на 1 километр фронта. В 38-й армии для увеличения плотности артиллерии на участке прорыва за счет внутриармейской перегруппировки была использована вся гаубичная артиллерия и значительная часть 82-мм минометов стрелковых дивизий, оборонявшихся на второстепенных участках фронта.

Недостаток времени сказался на организации разведки и планирования огня. Разведка противника велась наблюдением с наземных НП. Использовать подразделения артиллерийской инструментальной разведки (АИР) фактически не удалось. Оба разведывательных дивизиона, предназначенных для ведения разведки в полосах 40-й и 60-й армий, прибыли за 1–2 дня до начала операции и не смогли выполнить возложенные на них задачи. Большую помощь в планировании огня артиллерии могли оказать данные аэрофоторазведки, но этому не было уделено должного внимания. По этим причинам артиллерийские штабы располагали весьма скудными данными об обороне противника на фронте 40-й и 60-й армий.