В ночь на 4 января в полосе 5-й гвардейской армии силами батальонов, рот проведена разведка боем. Данные этой разведки используются для уточнения целей артиллерии и для постановки задач частям и подразделениям.
5 января в 8 часов 10 минут началась 50-минутная артиллерийская и авиационная подготовка, но низкая облачность и туман ограничили действия авиации. В ходе артиллерийской подготовки подавляется система огня противника на переднем крае и разрушаются ближайшие опорные пункты в глубине. За это время войска успевают проделать проходы в минных полях и в проволочных заграждениях. В 9 часов советские войска переходят в наступление.
53-я армия генерал-майора Г. Ф. Тарасова совместно с 5-м гвардейским механизированным корпусом Б. М. Скворцова прорывает оборону, но немцы, оправившись от первого удара, начали контратаковать из района Федварь. 5-я гвардейская армия А. С. Жадова успешно прорывает оборону врага, отражая неоднократные контратаки его пехоты и танков. В 11 часов в сражение вводится 7-й механизированный корпус генерала Ф. Г. Каткова. К исходу дня наши подвижные части, а также части 110-й гвардейской стрелковой дивизии полковника М. И. Огородова прорвались к реке Ингул в районе Большая Мамайка. К исходу первого дня наступления 53-я и 5-я гвардейская армии прорывают оборону противника на фронте в 24 км и продвигаются в глубину от 4 до 24 км.
В полосе 7-й гвардейской армии наши стрелковые соединения столкнулись с крупными силами танков и не могут прорвать оборону противника на достаточную глубину. Поэтому танковые корпуса 5-й гвардейской танковой армии генерал-полковника П. А. Ротмистрова вводятся в бой с задачей завершения прорыва обороны противника. Противник неоднократно контратакует войска 7-й гвардейской армии из района Аджамки и Новой Андреевки. На направлении главного удара наши войска к исходу 5 января смогли выйти лишь на рубеж северо-восточная окраина Червоного Яра, Плавни, северная окраина Новой Андреевки. Таким образом, 7-я гвардейская армия в своем наступлении имеет лишь частичный успех на правом фланге и в центре. Положение левого фланга по существу осталось без изменений.
5-я гвардейская танковая армия, содействуя частям 7-й гвардейской армии в прорыве обороны противника и ведя бой с контратакующими танками врага, к исходу 5 января своими соединениями выходит на рубеж: восточная часть Червоного Яра, Плавни, северная окраина Новой Андреевки.