Дурнев, проведя разведку, решил атаковать, не ожидая подхода соседей. Расчет был сделан на неожиданность и усталость вражеских солдат, устроившихся на ночлег после тяжелого марша. И действительно, в начале боя немцы и итальянцы в панике начали отходить к южным окраинам, но затем сопротивление начало возрастать, а силы бригады неумолимо таяли. К середине ночи все танки бригады вышли из строя. Создав сильный заслон в центре села, враг, атаковав во фланг, вышел в тыл к дому, где развернулась оперативная группа штаба. Офицеры заняли круговую оборону. До середины дня 18 января 170 тбр вела тяжелые кровопролитные бои, кольцо вокруг основных очагов сопротивления сжималось. В 13.00, пытаясь прорваться из Чеботовки, оперативная группа во главе с комбригом С.А. Дурневым и комиссаром Н.Е. Лысенко предприняла отчаянную контратаку, в ходе которой практически весь командный состав соединения погиб.
Рывок к станции не был подготовлен штабом корпуса должным образом. Не провели совещания «накоротке» и командиры задействованных в наступлении бригад, как это обычно делалось. Это привело к тому, что штабы не имели между собой устойчивой связи, следовательно, не наладили полноценного обмена оперативной информацией и не знали общую ситуацию в полосе наступлений. Каждый комбриг принимал решение самостоятельно без координации своих действий с соседями. В результате, когда бригада Дурнева, истекая кровью, дралась с гитлеровцами в Чеботовке, мотострелки Сердюка стояли колоннами в полной боевой готовности перед станцией, но не вступили в бой и не оказали танкистам никакой помощи.
К вечеру 170 тбр была полностью разгромлена, из кольца удалось вырваться лишь небольшой группе разведчиков и мотострелков во главе с капитаном П.М. Левченко. По свидетельству местных жителей, после боя враг зверствовал. Немецкие солдаты добивали наших раненых бойцов на улицах и, обойдя практически все постройки, где были подвалы и могли скрываться раненые, забрасывали их гранатами. В ходе этой чудовищной акции погибло и было ранено много мирных жителей, особенно детей. В бою за Чеботовку героически сражались и бойцы, освобожденные частями корпуса из немецких лагерей военнопленных в Миллерове. Однако враг недолго удерживал станцию. Подтянув силы, корпус выбил неприятеля и перешел к его преследованию.
После разгрома гитлеровцев в Чеботовке путь на Ворошиловград был открыт. 18 отк, преодолевая мелкие заслоны, к исходу 21 января овладел станциями Кондрашево, Луганская и вышел на левый берег Северского Донца.
За успешные боевые действия на подступах к Сталинграду и освобождение города Миллерово приказом Верховного Главнокомандующего личному составу 18 отк была объявлена благодарность.
29 января 1943 г. войска Юго-Западного фронта начали Ворошиловоградскую наступательную операцию. К этому времени противник на юге советско-германского фронта отступал, войсками Южного фронта были освобождены крупные города Ростов-на-Дону и Шахты. С 31 января 18 отк в составе подвижной