Radziecki plan zdobycia Radomia zakładał przeprowadzenie jednoczesnego ataku z trzech kierunków: od wschodu nacierać miała 36 Brygada Pancerna, od północy – 20 Brygada Pancerna, a od południa – 65 Brygada Pancerna. Około godziny 16:00 udało się przełamać niemiecką obronę na przedpolach miasta, co umożliwiło żołnierzom 11 Korpusu Pancernego wdarcie się do miasta. Jako pierwsi w granice miasta wkroczyli czerwonoarmiści z 218 Pułku Strzeleckiego należącego do 77 Dywizji Strzeleckiej. Około północy bitwa o Radom weszła w decydującą fazę. Po nocnych walkach oraz dziennych, trwających do godziny 9:00, opór Niemców został całkowicie złamany. Miasto zostało uwolnione spod okupacji niemieckiej. Do zdobycia Radomia przyczyniła się również 16 Armia Lotnicza dowodzona przez gen. Siergieja Rudenkę.
W czasie walk w rejonie Radomia i w samym mieście poległo 2674 żołnierzy Armii Czerwonej. Polegli pochowani zostali w zbiorowych mogiłach na cmentarzu przy ul. Warszawskiej w Radomiu.