Русские обнаружили отход неприятеля только на рассвете следующего дня и сразу же двинулись в преследование. Пройдя всего восемь километров, они были встречены сильным артиллерийским огнем с закрытых позиций. Своя же полевая артиллерия находилась еще на подходе. Положение выправила вовремя подоспевшая 2-я Оренбургская казачья батарея: ее орудийные расчеты быстро развернулись и открыли огонь, который оказался на удивление всем метким и губительным.
Под прикрытием огня казачьих пушек стрелки смогли развернуться вдоль шоссе. Это напугало турок угрозой обхода их позиции с флангов. Они отступили еще дальше, заняв новую выгодную позицию. Ночью на разведку ушли четыре сотни сибирских казаков с конно-пулеметной команду. Успешно выполнив поставленную им задачу, казаки без потерь возвратились к своим.
На рассвете русские вновь начали атаку вдоль шоссе. Удача сопутствовала 263-му пехотному Гунибскому полку. Его роты, попав под перекрестный огонь, все же сбили турок с позиции и обратили их в бегство. Те теперь думали только о спасении, рассеявшись по окрестным горным лесам. Бежать по шоссе было опасно из-за казачьей конницы
Сарыкамышская операция имела полный успех. Новый 1915 год Отдельная Кавказская армия встретила в наступлении. К 5 января она вышла, перейдя повсеместно государственную границу, на рубеж селений Ит, Арди, Даяр. С этой линии открывались благоприятные возможности для развития наступления в глубь Турецкой Армении. Но, углубившись на вражескую территорию на 30—40 верст на вражескую территорию, Юденич приказал прекратить преследование отступающих турок.
Преследовать оказалось некого: 3-я турецкая армия было наголову разгромлена. Из ее 90-тысячного состава у мушира Энвер-паши уцелела едва седьмая часть — 12 400 полностью деморализованных людей. Продолжавшаяся почти месяц на фронте более чем в сто километров Сарыкамышская операция завершилась убедительной победой русского оружия. Ее противник понес урон в 78 тысяч человек, из которых 15 тысяч попали в плен, а остальные или были убиты, или замерзли в горах.
Теперь перед военной администрацией встала сложная по исполнению задача: в самый кратчайший срок произвести захоронение павших под Сарыкамышем турок, чтобы избежать опасности возникновения эпидемии чумы или другой заразы. Юденич приказал использовать для этих целей военнопленных. В марте 1915 года Карский окружной начальник доложил ему захоронении в братских могилах только в окрестностях селения Сарыкамыш 23 тысяч убитых турок и что осталось предать земле еще несколько тысяч трупов.
Всего к весне 1915 года при работах по очищению окрестностей Сарыкамыша было захоронено 28 тысяч человек и 13 тысяч животных (лошадей, обозных верблюдов и быков). То, чего так боялось армейское командование — эпидемии чумы, удалось избежать.
Победителям достались богатые трофеи: около 70 горных и полевых орудий (вся артиллерия 9-го и 10-го корпусов), многочисленные обозы с вьючными верблюдами и лошадьми. Количество трофейного оружия и различного военного имущества подсчету не поддавалось. Но запасов провианта было взято немного.
3-я турецкая армия до 1918 года, до самого окончания Первой мировой войны, пребывала на Кавказском фронте против России. Но, несмотря на все значительные пополнения в людях и технике, она больше никогда не достигала той численности, которую имела перед началом наступательной операции на российский Сарыкамыш. Стамбул оказался не в состоянии укомплектовать ее до прежней численности.
Блистательная победа для русских кавказских войск далась дорогой ценой, хотя и с меньшими людскими потерями. Отдельная армия лишилась около 26 тысяч своих бойцов убитыми, ранеными и обмороженными. Последних набиралось 6 тысяч человек. Число погибших могло быть заметно больше, но многие тяжелораненые воины были спасены в полевых госпиталях, некоторые из которых героически работали под вражеском огнем в почти окруженном Сарыкамыше. Всего же в Сарыкамышской наступательной операции участвовало около 45 тысяч русских войск.
Военный министр Турции, сложивший с себя обязанности командующего разгромленной 3-й султанской армии, 25 декабря прибыл в Эрзерум. По словам турецкого мемуариста отставного полковника Шериф-бей Кепрюлю, бывшего начальника штаба 9-го турецкого корпуса, Энвер-паша отбыл из Эрзерума в Сивас, «проклинаемый бывшими соратниками как наемник германского императора, похоронивший в снегах Анатолийскую армию и обвинявший всех командиров в трусости.
Чтобы оправдать себя в Константинополе перед лицом партии “Единение и прогресс”, он, искажая события и факты, распространял ложные версии и клеветал на тех, кто доблестно сложил свои головы под его водительством.
Такова была цена попытки Энвера овладеть районом Карс и Ардаган, пропагандировать панисламизм и реализовать мечты пантуранизма»»
Общепризнанным в мировой военной истории является то, что Сарыкамышская победа русского оружия имела сильный резонанс в начавшейся полгода назад Великой войне. О победе русской армии на Кавказе много писалось в газетах прежде всего стран Антанты.