"A las 10.45 (8.45 GMT) hubo tres muertos y doce heridos: un padre con su hijo de 11 años, una mujer de 88 años", dijo un comunicado.
Anteriormente se informó de al menos 10 heridos, entre ellos una niña de 8 años y su madre, de 31, que permanecían en estado grave.
Según los datos de la policía, en el centro de la ciudad cayeron de 15 a 20 proyectiles, destruyendo algunas viviendas, una casa de la cultura y una terminal de ferrocarril.
El este de Ucrania sufre un conflicto armado que, según la ONU, ha causado más de 4.800 muertos y casi 10.500 heridos desde abril pasado, cuando Kiev lanzó una operación militar contra los independentistas de Donbás.
En septiembre, el Grupo de Contacto formado por Rusia, Ucrania y la OSCE acordó una tregua en Donbás, pero las partes siguieron acusándose de violar el alto el fuego.
El 9 de diciembre, tras varias reuniones del Grupo, entró en vigor un nuevo armisticio.
El domingo pasado, Kiev intensificó los ataques contra Donetsk y reconoció oficialmente que su blanco principal es el aeropuerto local.
Kiev negó estar violando los Acuerdos de Minsk con esta operación, que ocasionó daños a barrios residenciales, comunicaciones e infraestructura de la ciudad.