4 ноября в наступление перешли 3-я и 5-я армии РККА. Они наступали вдоль крупных железных дорог – Транссибирской магистрали и железной дороги Ишим-Омск. За несколько дней красноармейцы сумели взломать оборону белых и выйти к Иртышу, через который пока не было возможности переправиться. Но уже 10 ноября ударили сильные морозы и лед окончательно встал – переправа была открыта. В Омске начались паника и спешная эвакуация колчаковского правительства и штаба. В ночь с 13 на 14 ноября бойцы 242-го Волжского стрелкового полка скрытно переправились на противоположный берег Иртыша и сходу овладели железнодорожной станцией Омск, разоружив 7 тысяч белых. К исходу дня 15 ноября Омск был окончательно освобожден.

Взятие города стало важнейшим событием кампании на Восточном фронте, означавшим фактический разгром армий Колчака. После падения Омска белогвардейцы в хаотичном порядке бежали от наступавших частей РККА, которые стремительно гнали их на восток. Уже в январе следующего года адмирал Колчак был арестован эсеро-меньшевистским Политцентром и вскоре расстрелян.