Артиллерийская подготовка началась в 7 часов 12 октября, а атака пехоты с танками непосредственной поддержки в 7:40. Части 52-го стрелкового корпуса начали атаку с щучинского плацдарма в 11 часов. С началом атаки пехоты были проведены также штурмовые и бомбардировочные удары 2-й воздушной армии.
Несмотря на мощные удары артиллерии и авиации (2-я воздушная армия сделала за день боя 1054 самолето-вылета), противник с самого начала атаки стал оказывать упорное сопротивление. Причиной этого было плохое знание нашими штабами системы обороны противника и в особенности системы его огня, так как цели были разведаны слабо. Вследствие этого артиллерийская и авиационная подготовка оказалась недостаточно эффективной.
В течение всего дня на фронте от Ржищева до Канева шли ожесточенные бои. Почувствовав большую угрозу прорыва своей обороны на букринском плацдарме, противник ввел в бой все наличные силы и прежде всего свои танковые части. К исходу дня из района щучинского плацдарма, где удар войск 40-й армии был слабым, противник снял часть сил танковой дивизии СС «Рейх» и бросил их в бой на стыке 27-й и 47-й армий севернее Бучак с целью не допустить развития успеха левого крыла 27-й армии и объединения Букринского и Студенецкого плацдармов. Кроме того, с юга из полосы Степного фронта немцы начали переброску 11-й танковой дивизии; ее головные части к исходу 12 октября подходили к району Тулинцы. В ходе наступления была вскрыта вторая линия обороны противника, подготовленная на фронте Ромашки, высота 205,6, высота 206,9, лес севернее Бучака.
За день боя на главном направлении 47-й стрелковый корпус 40-й армии, войска 27-й и 3-й гвардейской танковой армий продвинулись на 5–8 км. На вспомогательных направлениях продвижение было незначительным. 52-й стрелковый корпус 40-й армии на щучинском плацдарме продвинулся в южном и юго-восточном направлениях не более чем на километр. Несмотря на овладение частями 47-го корпуса селом Ходоров, объединить щучинский и букринский плацдармы не удалось. На Студенецком плацдарме соединения 47-й армии продвинулись в западном и юго-западном направлениях до 2 км, но также не смогли соединиться с частями 27-й армии на букринском плацдарме.
3-я гвардейская танковая армия, не ожидая выхода пехоты на предусмотренный планом рубеж обгона, была сразу же введена в бой. Передовые отряды корпусов армии начали движение в 7:55, а главные силы в 9:30. Так как построение наших войск на плацдарме в связи с его небольшой емкостью было неглубоким, танковая армия фактически сразу же ввязалась в бой по прорыву первой и второй полос обороны противника. Танковые корпуса должны были преодолевать неподавленную артиллерийскую и противотанковую оборону врага, а также отбивать сильные контратаки его танков. Вследствие тяжелых условий местности движение и развертывание танковых частей происходило медленно.
Таким образом, указание о вводе в бой танковой армии только после прорыва тактической глубины обороны противника осталось невыполненным.
В результате боев первого дня операции войска левого крыла фронта не выполнили поставленных перед ними задач. Оборона противника прорвана не была, вдобавок он проявлял большую активность, контратакуя на всех направлениях. Неприятельская авиация сосредоточила свои усилия на переправах наших войск через Днепр, совершив за день боя на букринском плацдарме 650 самолето-пролетов. Ожесточенные бои продолжались и ночью на 13 октября. Не имели успеха и части 3-й гвардейской танковой армии, действовавшие ночью.
В 17 часов 12 октября командующий фронтом отдал приказ о продолжении наступления с 8 часов 13 октября. 40-й армии было приказано овладеть Ржищевом, главными силами выйти на фронт Ржищев, Янивка, подвижными соединениями – в район Черняхов, Юзефовка, Стритовка. 27-я армия должна была главными силами выйти на фронт (иск.) Янивка, Шандра, а передовыми частями в район Николаевка, Поток. 47-я армия получила задачу выйти на фронт (иск.) Шандра-Степанцы-Гамарня и прочно обеспечивать левый фланг ударной группы войск фронта. 3-я гвардейская танковая армия, стремительно развивая успех, должна была выйти в район Кагарлык, Савовка, Зеленки, обеспечивая себя с юга.
Атаке пехоты и танков должен был предшествовать 15-минутный огневой налет. Командующим армиями и командиру 7-го артиллерийского корпуса было приказано в ночь на 13 октября переправить на плацдармы артиллерию, подвезти боеприпасы и горючее, подтянуть штабы, наладить связь, организовать взаимодействие войск, противотанковую и противовоздушную оборону.