俄军在顿涅茨克地区东部集结重兵，投入包括第一坦克集团军、第二近卫摩托化步兵集团军在内的多支部队，展开多方向进攻。
最新部署的2S35“联盟-SV”自行火炮系统具备超远程精确打击能力，配备先进的火控系统和自动装填装置，可实现全天候作战。“克拉苏哈-4”电子战系统能够有效干扰乌军防空雷达网络，降低乌军防空系统的探测能力。
俄军多型无人侦察机与“格洛纳斯”卫星导航系统形成立体侦察网络，为精确打击提供实时数据支持。俄军重点打击连接顿涅茨克与扎波罗热的M04公路沿线战略要地，包括多处军用油库和弹药库。俄军还在前沿阵地部署新型战场管理系统，实现火力打击的精确协同。
乌军多个战术分队之间的通信联系受到干扰，指挥效能下降。俄军还利用电子战手段，干扰乌军无人机系统的导航信号，压制乌方的空中侦察能力。
第二阶段战事中，乌军补给困境日益严峻。驻守顿涅茨克的乌军第54机械化旅与第93机械化旅面临后勤危机。连接后方的主要补给线被切断，战略物资运输陷入停滞。
乌军火炮弹药储备已降至危急水平。部分阵地的155毫米口径炮弹库存仅能维持一周作战需求。装甲部队的燃料补给同样面临困境，位于顿涅茨克东北部的装甲分队因燃料短缺被迫减少战术机动。步兵部队的基本弹药补给也出现严重不足，多个作战单位被迫实施严格的弹药配给制度。
部分装甲分队因担心燃料耗尽，不得不放弃机动防御战术，转而采取固定阵地防御。乌军失去战场主动权。后勤保障能力的严重受限，已经开始影响乌军的整体战斗力和士气。
1月13日，乌军总参谋部紧急从哈尔科夫和扎波罗热地区调集预备队增援顿涅茨克战事。这支约15000人的混编部队包括装甲、机械化步兵和特种作战分队，配备有西方提供的先进武器装备。这支增援部队在向顿涅茨克推进过程中遭遇打击。
俄军出动苏-34战斗轰炸机和图-22M3超音速轰炸机编队，对增援部队实施持续4小时的精确轰炸。俄军投掷包括FAB-500M62型航空炸弹和KAB-500L激光制导炸弹在内的200多枚各类航空炸弹。此次空袭造成乌军增援部队至少损失装甲车辆47辆，其中包括15辆西方提供的主战坦克，重型运输车辆31辆，人员伤亡超过300人。
在该地区作战的乌军部队中，仅有30%的士兵配备美制AN/PVS-14单筒夜视仪，而俄军特种部队普遍装备新型“施佩茨”夜视系统，该系统集成热成像和红外探测功能。乌军在夜间遭受重创，仅在夜间作战中就损失装甲车辆23辆，人员伤亡超过150人。
俄军在空袭前采用“萨特隆-APK”电子战系统，压制乌军的防空雷达网络。乌军现有的防空系统面对俄军新型电子战装备时显得力不从心。
在顿涅茨克东部战线，情势进一步恶化。1月14日凌晨，包括第53、第54、第56机械化旅和第4独立坦克旅在内的乌军9个兵团，在经历72小时持续战斗后集体投降。这是自俄乌冲突以来规模最大的一次集体投降事件。
投降部队总计约12000人，包括367名军官。导致如此大规模投降的直接原因是补给系统的全面崩溃。这些部队在投降前24小时内已经完全失去后勤支援，弹药储备降至警戒线以下5%，装甲车辆燃料耗尽，部分阵地甚至断绝给养供应超过48小时。
俄军采用的“4-6-4”战术（持续4小时的密集炮击，随后6小时的地面进攻，再配合4小时的电子战干扰）进一步加剧乌军的困境。这一战术切断乌军各个战术单元之间的联系，造成物资补给的中断，还严重打击乌军士气。
邻近的第58机械化旅和第92独立机械化旅未经上级批准开始撤退，但在撤退过程中遭到俄军包围。这两支部队在撤退行动中损失主战坦克31辆，步兵战车57辆，自行火炮系统23门，装甲运输车89辆，重型运输车辆126辆。人员方面，伤亡和失散人数超过2000人，这一损失严重影响乌军在该地区的整体防御态势。
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