18 октября, переодевшись в форму белогвардейского капитана, Дундич выехал в штаб генерала Шкуро. Добрался туда благополучно. Часовой штаба спросил, кто од и зачем едет, попросил предъявить документы. «У кого спрашиваешь документы, у меня, героя сражения? — крикнул Дундич. — Пошел вон, свинья!» Солдат растерялся так, что и слова не мог вымолвить. А Дундич тем временем вошел в комнату дежурного и доложил поручику, что он привез пакет от генерала Сидорина лично генералу Шкуро. Поручик ответил, что их превосходительство вчера допоздна совещался с офицерами штаба и еще спит. «А что, генерал Сидорин собирается прислать нам в Воронеж войска?» — спросил поручик. Дундич сказал, что войска будут, ибо одному Шкуро трудно управиться с корпусом Буденного. Поручик наклонился к Дундичу и тихо, чтобы его не слышал часовой у двери, сказал: «Мы этому Буденному устроим баньку, он будет наступать с востока, а там у нас главные силы…»
Дундич сказал поручику, что, пока генерал проснется, он посмотрит город. И уехал.
Вернулся в корпус Дундич под вечер 19 октября. Доложил Буденному о выполнении задания и о своем разговоре с поручиком. Данные Дундича подтвердились разведкой: на восточном направлении находились основные силы белогвардейцев.
В комнату вошел комиссар Кивгела. Он признался, что и его мучает молчание Шкуро, и высказал свое сомнение — а вдруг он выработал другой план? Ведь конный корпус выдвинулся вперед с открытым флангом, а главные силы 8-й армии еще не подтянулись к Воронежу. Образовавшийся разрыв между 8-й и 13-й армиями большой, и белогвардейцы могут этим воспользоваться. И вот что еще стала известно — генерал Сидорин принял решение прислать Шкуро часть казачьей конницы. Может, сейчас самый раз ударить по Шкуро?
— Что мне по душе, комиссар, так это твое беспокойство, — сказал комкор. — На нам необходимо выманить белогвардейцев из города. Понял, да? А теперь иди и поспи часок, а то весь почернел.
…Бой завязался неожиданно. Полки Шкуро под прикрытием тумана ворвались в село Хреновое и с ходу атаковали заслоны 6-й кавдивизии. Начдив Апанасенко, однако, не растерялся, развернул главные силы и упредил удар белоказаков. А тем временем по приказу комкора 4-я кавдивизия Оки Городовикова вышла в тыл врага и нанесла по коннице белых сильный удар. Белоказаки не выдержали и отступили к Воронежу. 20 октября главком С. С. Каменев в разговоре по прямому проводу с командующим Юго-Восточным фронтом В. И. Шориным отметил: «Буденный вчера разбил два полка Шкуро. Этот небольшой успех хорош тем, что совершенно изменил намерения Шкуро, который только 18 октября отдал свой приказ, по которому видно, что он сам хотел разбить Буденного по частям». Далее главком, ставя задачу конному корпусу Думенко, рекомендовал «действовать с левого фланга 9-й армии, нанося удар вдоль фронта, по тылам противника… то есть проделав ту же операцию, какую проделал конкорпус Буденного, но в обратном порядке».
На рассвете 20 октября, взаимодействуя с 12-й и 16-й стрелковыми дивизиями 8-й армии, корпус Буденного перешел в контрнаступление. Поскольку основные силы врага были сосредоточены у Воронежа с восточной стороны, комкор решил наступать с севера.
В результате ожесточенных боев белоказаки были разгромлены, а оставшиеся части поспешно отступили из Воронежа.
Буденный тут же послал донесение командованию Южного фронта: «После ожесточенного боя доблестными частями конкорпуса в 6 часов 24 октября занят город Воронеж. Противник отброшен за реку Дон. Преследование продолжается. Подробности дополнительно».
Обстановка на Дону начала резко меняться в пользу советских войск: конный корпус выходил на правый фланг главной ударной группировки деникинской армии, рвавшейся к Москве. Победа под Воронежем вошла яркой страницей в боевую летопись Красной Армии. Михаил Шолохов в романе «Тихий Дон» написал об этом так: «Вскоре обстановка на Южном фронте резко изменилась. Поражение Добровольческой армии в генеральном сражении на Орловско-Кромском направлении и блестящие действия буденновской конницы на воронежском участке решили исход борьбы; в ноябре Добровольческая армия покатилась на юг, обнажая левый фланг Донской армии, увлекая ее в своем отступлении».