Применяя обходы и охваты опорных пунктов, корпус Ротмистрова вклинился в оперативную глубину вражеской обороны более чем на 20 километров и 27 декабря вышел уже на подступы к Котельникову. Он оказался в значительном отрыве от стрелковых соединений, но это не смутило Ротмистрова, так как полностью соответствовало принципам применения танковых соединений. Уточнив по радио в штабе 2-й гвардейской армии, что наши стрелковые корпуса и 6-й механизированный корпус ведут ожесточенные бои с главными силами противника, он попросил разрешения командарма атаковать Котельникове самостоятельно, не ожидая подхода 6-го механизированного корпуса с востока.
Получив в ответ, как когда-то в Подмосковье у Яму-ги, короткое: «Действуйте», — Ротмистров на рассвете 29 декабря атаковал Котельниково двумя бригадами с севера и двумя с запада и юго-запада. Танкисты действовали согласованно, напористо и в ходе упорных уличных боев к полудню полностью очистили город и железнодорожную станцию от противника. В километре западнее Котельникова они захватили действующий аэродром с исправными самолетами, застигнув противника врасплох. Вскоре на полосу приземлился вражеский самолет-разведчик. Фашистский ас, подняв руки, ошеломленно таращил глаза, так как несколько минут назад получил разрешение на посадку.
Об освобождении Котельникова Совинформбюро сообщило под рубрикой «В последний час»: «29 декабря наши войска овладели городом и железнодорожной станцией Котельниково. Захвачены большие трофеи, среди которых много авиационного и танкового имущества, а также 17 исправных самолетов и эшелон с танками. Трофеи подсчитываются…»
Но радовали не солидные трофеи, а то, что соединения 2-й гвардейской армии полностью разгромили котельниковскую группировку противника, остатки которой, минуя Котельникове, бежали в калмыцкие степи и за реку Маныч. Надежды противника на деблокирование своей сталинградской группировки окончательно рухнули.
Боевые успехи 7-го танкового корпуса под Сталинградом получили высокую оценку. Преобразованный в 3-й гвардейский, он получил почетное наименование Котельниковского. Ротмистров был удостоен присвоения звания генерал-лейтенанта танковых войск и ордена Суворова II степени.
В Котельникове танкисты 3-го гвардейского танкового корпуса отпраздновали наступление Нового, 1943 года, а 4 января снова были уже в пути, на покрытых ледовой коркой дорогах Сальских степей. В лютую стужу и снежную метель танки на предельных скоростях спешили к Батайску и Ростову, чтобы перерезать вражеским войскам пути отхода с Кавказа. В последующем к 3-му гвардейскому танковому корпусу присоединились 2-й и 5-й гвардейские механизированные корпуса, образовав механизированную группу, которую по приказу командующего фронтом генерал-полковника А. И. Еременко возглавил Ротмистров.