Сам Ватутин в то время буквально дневал и ночевал в войсках: проверял их готовность, заслушивал доклады командармов и комкоров, ставил задачи, уточнял вопросы взаимодействия, отдавал последние распоряжения, настраивал людей. Однако за два дня до начала операции в штаб фронта позвонил по ВЧ Сталин. На проводе с ним был начальник штаба генерал-майор М. И. Казаков — Ватутин в это время находился в одной из частей 38-й армии.
— Четыре стрелковые дивизии, полученные для участия в наступательной операции, в передовую линию не вводить, — как всегда, лаконично сказал Сталин. — Их нужно готовить немедленно к отправке в район Царицына [Сталинграда]. Операцию, которую вы готовите, разрешается временно отложить...
Затем Верховный спросил у Казакова, как скоро Воронежский фронт может начать отправку указанных дивизий и какие меры необходимо предпринять для ускорения этого дела. Казаков доложил, что у фронта на данный момент имеется небольшой оперативный резерв подвижного состава. Одну дивизию уже можно отправить ближайшей ночью. Сталин, как вспоминал Казаков, остался удовлетворен ответом и приказал немедленно доложить его указания Ватутину.
Казаков тут же вышел на связь с Николаем Федоровичем и почти дословно передал ему содержание состоявшегося разговора с Верховным главнокомандующим. Свалившаяся как снег на голову новость, конечно, не обрадовала Ватутина. Ведь, начиная ещё с середины июля, Николай Федорович жил этой операцией, не спал ночей, вкладывал в её разработку всю душу. И вот, выходит, все его и штаба многодневные труды идут насмарку...
Возвратившись в штаб фронта, Ватутин сразу связался по ВЧ с Василевским, долго ему доказывал целесообразность проведения операции. В конце концов убедил Александра Михайловича в том, что и без четырех дивизий, которые снимаются с фронта, можно проводить наступление и добиться желаемых результатов. Аналогичный разговор у Ватутина состоялся и с Верховным. Сталин согласился с доводами Ватутина и дал добро на проведение операции. Правда, сроки её начала были сдвинуты на шесть дней. Наступление началось 15 сентября.
Впрочем, предоставим слово непосредственному участнику тех событий — генерал-майору артиллерии А. В. Чапаеву, сыну легендарного героя Гражданской войны. В боях на Чижовском плацдарме он, майор, командовал дивизионом реактивных миномётов. Чапаев-младший вспоминал: «С вечера, предшествовавшего сентябрьскому наступлению, пойма реки Воронеж между основной частью города и Придачей была заставлена сотнями снарядов М-30. Это реактивные снаряды крупного калибра (диаметр 300 мм, вес 100 кг). Они не были приспособлены для пуска с машин, как М-13 (“Катюша”), а устанавливались на грунт в деревянной арматуре, служившей одновременно и рамой для придания угла возвышения перед пуском. Снаряды соединялись проводами и запускались электромашиной. Иногда случалось, что при пуске стабилизатор снаряда цеплял арматуру, и снаряд летел вместе с ней. Солдатам это зрелище нравилось. Они смеялись и говорили: немец сокрушается, что Русь сундуками швыряется. Ночью подготовили проходы для танков, и наши батареи заняли исходное положение на противоположном берегу реки Воронеж у Чижовки.
...Наступил ясный, солнечный день. Громадные огненные шлейфы устремились к противнику. Загрохотали орудия. Началась артиллерийская подготовка. Через несколько минут всё вокруг заволокло дымом и пылью. Позже взятые в плен немцы выглядели как вытащенные из тины чумазые караси. Перепачканные, они жадно глотали насыщенный пороховым дымом и гарью воздух. Один из пленных упорно сопротивлялся, не желая идти, пока ему не покажут “Катюшу”. Масса танков в ожидании атаки теснилась у Чижовки. Развернуться им было негде. Атаковать тоже предстояло не в лучших условиях — в узкой полосе и на подъем, в направлении училища связи и кирпичного завода. Справа город не позволял развернуть танки, а слева — крутой подъем. Городские здания, особенно окраинные, были использованы противником для создания прочной обороны. Приспособлены были и многочисленные деревянные домики, стоявшие на крутом спуске к реке. Под домами немцы устроили блиндажи и убежища, а от домов в разные стороны тянулись траншеи. “Выкуривать” противника было чрезвычайно трудно, для этого потребовалось бы разрушить до основания каждый дом.
Преодолев пойму реки, которая представляла собой сплошное минное поле, пехотинцы взбирались по круче вверх. Когда артиллерийский огонь уже становился опасным для них и его перенесли вглубь немецкой обороны, из-под домов, стоявших у крутого пуска к реке, стали выскакивать немцы. Они быстро рассредоточивались по траншеям, завязалась рукопашная схватка. Сраженные падали вниз, но их товарищи смело лезли и забрасывали немцев гранатами, стараясь угодить в траншеи, которые им снизу не были видны. Нашим артиллеристам невозможно было стрелять даже прямой наводкой, чтобы не поражать своих. Но вот солдаты одного из подразделений, прижимаясь к земле, отошли несколько ниже, чтобы их не могли видеть и забрасывать гранатами фашисты. Воспользовавшись этим, мы стали бить по немецким траншеям. Поднялась наша пехота и ринулась в атаку.
Самым жарким местом была Чижовка. На скопление наших танков немцы бросили свою авиацию. Шла непрерывная ожесточенная бомбежка. Одна группа самолетов еще кружилась над Чижовкой, а уже заходила другая, и так непрерывно на протяжении целой недели. Легче было только по ночам. И танкисты использовали эти короткие часы для атак».
Но более подробный анализ наступательным действиям войск фронта дал генерал-майор М. И. Казаков: «Утро 15 сентября началось мощной артиллерийской подготовкой на участках намеченного прорыва. С наблюдательного пункта командарма 40 хорошо просматривалась восточная окраина Чижовки — первого объекта атаки главной группировки армии. Зрелище было весьма эффектным. Нам казалось, что все огневые средства противника хорошо поражаются артиллерийским огнем. Но, как потом выяснилось, мы недооценили прочности каменных построек, использованных противником для обороны. Артиллерии не удалось разрушить их, и наступление с самого начала стало развиваться в медленных темпах, с большими осложнениями.
В течение первых двух дней войска 40-й армии добились лишь некоторого тактического успеха (овладели Чижовкой и южной окраиной Воронежа, а дивизия, наступавшая в центре города, очистила от противника еще несколько улиц). Но войска 60-й армии совершенно не имели продвижения. Не удался и вспомогательный удар 38-й армии; она сумела овладеть лишь деревней Гнездилово, и на этом все замерло.
Командующий фронтом да и командарм 40 никак не хотели примириться с неудачей. В течение еще целой недели они настойчиво добивались дальнейшего продвижения войск. В Чижовку был переправлен 25-й танковый корпус под командованием генерал-майора П. П. Павлова. Переправа осуществлялась в сложных условиях — ночью, по каменной дамбе, покрытой слоем воды в 50—70 сантиметров. Этот своеобразный брод неподалеку от электростанции Придача оказался для нас настоящей находкой. Воздушная разведка противника не сумела обнаружить его, и появление в Чижовке наших танков было для гитлеровцев полной неожиданностью.
Вводом в бой танкового корпуса командующий фронтом рассчитывал сломить сопротивление противника на южной окраине города. Но, к нашему большому огорчению, расчеты эти не оправдались. С наблюдательного пункта командарма 40 мы видели, как горят танки, пытавшиеся наступать в боевых порядках пехоты. Наши танкисты, равно как и пехота, находились в явно невыгодном положении. Они наступали снизу вверх по открытому пространству. Противник же в полной мере использовал свое господствующее положение на местности и прочные каменные постройки. Прицельным кинжальным огнем он наносил атакующим большой урон.