Брусилов решил оттеснить противника к перевалам в Карпатах. Начавшееся наступление стало звездным часом Корнилова и его дивизии, которую впоследствии прозвали «стальной». Его войска продвигались с боями в тяжелейших погодных условиях: морозы, метели, обледенелые склоны гор и практически полное отсутствие дорог. Однако благодаря упорству и успешному руководству со стороны Корнилова, а также героизму нижних чинов и офицеров дивизия успешно теснила противника.
Уже 5 (18) ноября Корнилов при поддержке кавалерии захватил важный Ростокский перевал, а 9 ноября взял д. Синна. 48-я дивизия перевалила Карпаты и начала спускаться на Венгерскую равнину. На следующий день она, согласно приказу командира корпуса, захватила д. Гуменное. Причем в этот день отряд подполковника Свяцкого в ходе решительного наступления захватил командира ландштурменной бригады генерал-майора Рафта, 17 офицеров и 1200 нижних чинов. Причем, по преданию, генерал был настолько поражен успехами русских, что заявил: «Корнилов — не человек, стихия». В некоторых работах указывается, будто Корнилов лично возглавлял эту атаку, однако имеющиеся архивные документы не подтверждают это.
Одновременно соседний 8-й корпус нанес поражение австрийцам и заставил их отступать. Стремясь к реваншу, противник начал подтягивать подкрепления и попытался прорвать фронт дивизии Корнилова. Недостаток снарядов и патронов, а также выдвинутое вперед положение заставили Корнилова начать 15 (28) ноября общее отступление, которое завершилось через пять дней. За период с 26 октября по 20 ноября Корнилов взял в плен 1 генерала, 58 офицеров и 6756 нижних чинов. Общие потери составили 32 офицера и около 5000 нижних чинов (половина — раненые).
Отметим, что в мемуарах А. А. Брусилов дал негативную оценку действиям Корнилова: «Увлекаемый жаждой отличиться и своим горячим темпераментом, он не выполнил указания своего командира корпуса и, не спрашивая разрешения, скатился с гор и оказался вопреки данному ему приказанию в Гуменном». Приведенные выше сведения, основанные на опубликованных архивных документах и воспоминаниях А. И. Деникина, свидетельствуют об обратном. Именно Брусилов не обеспечил должной поддержки Корнилова, который по приказанию начальства (а не самовольно, как писал командующий армией) в течение пяти дней вел бои у Гуменного. Однако, как потом вспоминал А. И. Деникин, «виновником неудачи был объявлен Корнилов».
Как вспоминал генерал Брусилов: «Странное дело, генерал Корнилов свою дивизию никогда не жалел: во всех боях, в которых она участвовала под его начальством, она несла ужасающие потери, а между тем офицеры и солдаты его любили и ему верили. Правда, он и себя не жалел, лично был храбр и лез вперед очертя голову»
Корнилов сохранил свою должность. В декабре дивизия Корнилова опять сражалась в Карпатах, а в январе 1915 г. вместе с 24-м корпусом захватила ряд важных перевалов на главном хребте и множество пленных. Через месяц Лавр Георгиевич был произведен в чин генерал-лейтенанта. В марте его дивизия опять одержала ряд тактических успехов. Во всех этих боях Корнилов проявил себя как прекрасный тактик, который лично проводит рекогносцировки и постоянно находится в войсках, собственным примером воодушевляя солдат.
Стоит учесть, что к тому времени в русской армии нарастал кризис снабжения оружием и боеприпасами, что негативно сказалось на исходе боевых операций. Более того, в 1915 г. Германия решила перенести основную тяжесть операций на русский фронт, планируя вывести Россию из войны. Крупные силы врага 19 апреля начали масштабное наступление у Горлицы, которое поставило под угрозу положение всего Юго-западного фронта. Наши армии начали отступать.
Тяжелая ситуация сложилась на фронте 24-го корпуса, который прикрывал отход других частей. Дивизия Корнилова оказалась в арьергарде. Приказ об отводе корпуса был подписан лишь днем 21 апреля, однако с опозданием пришел в штабы дивизий. Свою роль сыграла и перегруженность дорог, а также нераспорядительность начальства, особенно командира 2-й бригады Поповича-Липоваца. Не лучшим образом проявил себя и Цуриков, который 22 апреля, указав линию отхода, уехал в тыл и сразу же донес в штаб армии об успешном отходе частей. При этом из-за проблем со связью в штаб 48-й дивизии приказ об отступлении пришел лишь поздно вечером. Л. Г. Корнилов ошибочно надеялся на помощь соседней дивизии, однако, убедившись, что поддержки не будет, направил телеграмму о помощи в штаб корпуса. Ее получили ближе к вечеру, а через несколько часов дивизия была окружена. Отметим, что ошибочные донесения нижестоящих офицеров не давали возможность и начальнику дивизии принимать верные решения. В результате управление войсками ускользнуло из рук Корнилова. Попытки пробиться не увенчались успехом. Отдельные части и подразделения все же прорвались, однако многие (в т. ч. и практически вся артиллерия) попали в руки противника. 29 апреля Лавр Георгиевич сдался австрийцам.