Po sukcesie radzieckiej ofensywy, Niemcy wyprowadzili silny kontratak. Doprowadził on do bitwy pancernej na przedpolach Kielc. Główne walki toczyły się na południe od miasta, w rejonie Morawicy. Zakończyły się jednak dla Niemców porażką, m.in. dla wykonującego kontratak XXIV Korpusu Pancernego z 4 Armii Pancernej. Decydujący szturm na miasto miał miejsce rankiem 15 stycznia 1945. Niemiecki garnizon wzięty w kleszcze, został rozbity. W czasie walk w samym mieście poległo 248 żołnierzy Armii Czerwonej. W walkę zaangażowana została także 2 Armia Lotnicza dowodzona przez gen. Stiepana Krasowskiego. Walki o Kielce zakończyła likwidacją niedobitków niemieckich które schroniły się w okolicznych lasach. Pomimo poniesienia przez Niemców dużych strat w bitwie o Kielce XXIV Korpus Pancerny przyczynił się do utworzenia tzw.wędrującego kotła, dzięki któremu ocalało część jednostek niemieckich. Tocząc walki w okrążeniu Niemcy przebijali się na zachód, docierając aż do Głogowa.
W czasie wymiany ognia między wojskami niemieckimi i radzieckimi życie straciło 129 cywilnych mieszkańców miasta. Spłonęło przy tym 57 domów. Poważnym uszkodzeniem uległo też około 10% zabudowy Kielc.