В течение ночи наступавшие вели бои за вторую полосу. К 10 часам 13 января передовой отряд 6-го гвардейского танкового корпуса под командованием полковника И. И. Якубовского — 51-я гвардейская танковая бригада, усиленная самоходным артполком, дивизионом «катюш», батальоном автоматчиков и двумя саперными ротами, — вышел в реке Нида в районе Собкув и захватил плацдарм на западном берегу. Пехота перебралась по льду, танки переправились вброд, предварительно разрушив тонкий ледовый панцирь артиллерийскими выстрелами. Почти одновременно севернее приступила к форсированию реки 63-я гвардейская Челябинская танковая бригада из армии Лелюшенко.

На второй день сражения немцы попытались нанести запланированный контрудар по флангам русского клина силами 24-го танкового корпуса генерала Вальтера Неринга. 16-я танковая (145 танков и САУ) и 20-я танко-гренадерская (73 танка) дивизии нацеливались на юг из района Кельце, а 17-я танковая дивизии (156 танков и САУ) — из района Пиньчув на север. Клещи должны были сомкнуться у Лесува. Однако 17-я танковая дивизия к этому времени сама оказалась зажата между флангами двух советских танковых армий и вынуждена была перейти к обороне в районе Хмельника.

Столкнувшись с резервами противника, генерал Лелюшенко решил приостановить наступление передовых отрядов, совершить двусторонний охват частей 17-й танковой дивизии и во взаимодействии с 6-м гвардейским танковым корпусом 3-й танковой армии нанести одновременно удары по обоим ее флангам. С фронта предполагалось сковать противника двумя танковыми бригадами и артиллерией, выведенной на прямую наводку. К исходу дня после ожесточенного боя 17-я танковая дивизия была окружена частями 10-го танкового и 6-го механизированного корпусов и, потеряв почти всю технику, стала пробиваться на север. Советские войска заняли Хмельник — узел сопротивления второй полосы обороны.

В районе Лесува 61-я гвардейская Свердловско-Львовская танковая бригада полковника Н. Г. Жукова схлестнулась с 501-м тяжелым танковым батальоном майора Сэмиша, имевшем в строю 54 обычных «тигра» и 18 «королевских». Бригада встретила врага в оборонительных боевых порядках и сумела отразить удар. Однако и сама понесла тяжелые потери. В бою погибли и советский комбриг, и немецкий комбат.

16-я танковая дивизия противника была скована 49-й механизированной бригадой в районе Радомице, а затем подверглась удару главных сил 4-й танковой армии.

«Почти два дня, — живописует Д. Д. Лелюшенко, — длилось кровопролитное танковое сражение, в котором участвовало до 1000 танков. Ряд населенных пунктов и рубежей переходили из рук в руки, стрельба велась в упор, пылали танки. Гитлеровцы стремились обойти наши фланги, но тут же натыкались на противотанковые орудия, поставленные в засаду. Ночью на 14 января бой шел с нарастающей ожесточенностью. Танки перемешались, с трудом можно было различить, где свои, где чужие.

К утру неприятелю было нанесено крупное поражение, более 180 танков 16-й и 17-й танковых дивизий противника пылало на поле боя. Штаб 16-й танковой дивизии врага был пленен, а 20-й моторизованной — разгромлен, офицеры спасались бегством».

Корпус Неринга отступил на север, к Кельце.

В этих боях высокой оценки удостоились противотанковые орудия БС-3, созданные Василием Грабиным специально для борьбы с «тиграми». Переделанная из 100-мм корабельной пушки Б-34, мощнейшая БС-3 имела один неприятный конструктивный недостаток: подпрыгивала при выстреле, сбивая прицел и стремясь искалечить наводчика. Но зато и дырявила любую бронетехнику с полутора километров. Так, отражая атаку 17-й танковой дивизии, две батареи из состава 199-й легкой артбригады, « стреляя на дистанции свыше 1000 м, поражали самоходные 75-мм орудия и танки Т-4, сами находились вне досягаемости прямого выстрела бронеединиц противника».

Тем не менее вражеские контратаки срывали предусмотренный планами график движения, вызывая неудовольствие командармов. Рыбалко выговаривал командиру 6-го гвардейского танкового корпуса генерал-майору В. В. Новикову:

« Вы потеряли время и управление корпусом. Категорически приказываю к утру 14.1.45 главными силами быть на западном берегу р. Нида. Подтяните корпус в кулак, не разбрасывайтесь. Противник в худшем положении, его надо бить, а не уклоняться от него».

В течение дня 14 января основные силы 3-й гвардейской танковой армии вброд и по наведенным мостам, потеряв в общей сложности застрявшими и затонувшими 25 боевых машин, переправились через реку Нида, не позволив противнику закрепиться на этом рубеже. Южнее при поддержке двух танковых корпусов успешно продвигались вперед войска 5-й гвардейской армии генерал-полковника А. C. Жадова (32,33, 34-й гвардейские стрелковые корпуса).

Таким образом, в трехдневный срок оборона немцев перед сандомирским плацдармом была взломана. Войска 1-го Украинского фронта перешли к преследованию: 4-я танковая армия обходила Кельце с юга, армия Рыбалко 15 января двумя танковыми корпусами вышла к реке Пилица, захватив плацдармы на ее левом берегу. Вслед за ними наступали общевойсковые армии.