Sau khi những tiếng súng cuối cùng tắt hẳn trên chiến trường ngày 26 tháng 1, quân đội Liên Xô đã xóa sổ 5 sư đoàn Đức, 7 sư đoàn Hungary, 3 sư đoàn sơn chiến Ý; bắt 86.000 tù binh. Quân Đức và đồng minh bỏ lại trên chiến trường 170 xe tăng, 1.700 pháo, 4.000 súng cối, 2.800 súng máy, 6.000 tiểu liên, 55.000 súng trường, 1.500 con ngựa, 600.000 viên đạn pháo và 160 nhà kho các loại. Chỉ trong vỏn vẹn 15 ngày, quân đội Liên Xô đã giải phóng một vùng đất lớn có chiều rộng 250 km, sâu 140 km với diện tích 2.500 km2 với nhiều đầu mối giao thông đường sắt quan trọng tại Ostrogozhsk, Rossosh, Korotoyak, Alexeyevka và Valuiky.[13]

Về quân sự, thất bại của tập đoàn quân 2 (Đức), tập đoàn quân 2 Hungary và quân đoàn Alpino Ý đã đẩy cánh quân Đức đang đối diện với khu vực Voronezh vào tình thế bị uy hiếp từ phía Nam trong khi thống chế Maximilian Freiherr von Weichs không còn trong tay một lực lượng dự bị đáng kể nào tại khu vực mặt trận này. Chiến dịch Ostrogozhsk-Rossosh như một sự lặp lại của Chiến dịch Sao Thổ với quy mô nhỏ hơn đã đánh sập cánh Bắc của Cụm tập đoàn quân B tạo bước chuyển biến thuận lợi cho Chiến dịch Voronezh-Kastornoye và Chiến dịch Kharkov sau này. Quân đội Liên Xô đã kiểm soát hoàn toàn và khôi phục lại hoạt động trên tuyến đường sắt quan trọng từ Kantemirovka đi Liski mà sau này, trở thành tuyến đường quyết định đối với công tác hậu cần và chuyển quân dọc mặt trận trong Chiến dịch Kursk.[14] Đáng tiếc là Phương diện quân Tây Nam đã không phát huy được kết quả của các chiến dịch này và thất bại trong việc tiến hành Chiến dịch Bước Nhảy (tiếng Nga:«Скачок»). Nhân cơ hội đó, thống chế Đức Erich von Manstein mở cuộc phản công tại hướng Tây Nam, đánh chiếm lại Kharkov sau 18 ngày nằm trong tay quân đội Liên Xô, tạo một bàn đạp thuận lợi để thực hiện Chiến dịch Thành trì tại mặt Nam của vòng cung Kursk.