Наступление советских войск с целью ликвидации Никопольского плацдарма врага началось 30 января нанесением вспомогательного удара 3-го Украинского фронта на Кривой Рог. Чтобы отвлечь силы противника с направления главного удара, операция началась наступлением 37-й армии (генерал-лейтенант М.Н. Шарохин) и 6-й армии (генерал-лейтенант И.Т. Шлемин), действовавших на противоположных флангах 3-го Украинского фронта. На следующий день из района западнее Новониколаевки в общем направлении на Апосто-лово перешли в наступление войска главной ударной группировки фронта — 46-я (генерал-лейтенант В.В. Глаголев) и 8-я гвардейская (генерал-полковник В.И. Чуйков) армии. Они имели задачу выйти в тыл никопольскому плацдарму противника.
Навстречу им с юго-востока наступали три армии 4-го Украинского фронта — 3-я гвардейская генерала Д.Д. Лелюшенко, 5-я ударная генерала В.Д. Цветаева и 28-я генерал-лейтенанта А.А. Гречкина. Наступление сухопутных войск поддерживали 8-я и 17-я воздушные армии, которыми командовали генералы Т.Т. Хрюкин и В.А. Судец. Вспомогательный удар 37-й армии в направлении Кривого Рога противник принял за наступление главных сил и ввел в сражение против нее две танковые дивизии. Это значительно облегчило наступление на главном направлении, на что и рассчитывало командование 3-го Украинского фронта.
Оборона противника на направлении главного удара была прорвана в первый же день операции. 1 февраля в прорыв был введен 4-й гвардейский механизированный корпус (генерал-лейтенант Т.И. Танасчишин), который стал быстро продвигаться в южном направлении. Поняв ошибку, командование 6-й немецкой армии перебросило обе танковые дивизии против главной группировки фронта, запоздалые контратаки танковых дивизий противника не смогли остановить наступление советских войск. Преодолевая в условиях распутицы упорное сопротивление врага, они к 5 февраля продвинулись на глубину 45—60 км и овладели крупным железнодорожным узлом Апостолово.
6-я немецкая армия оказалась рассеченной на две части. Ее соединениям, оборонявшимся в районе Марганец, Никополь, угрожало окружение, и противник начал поспешно отводить их на юго-запад вдоль правого берега Днепра.
К исходу 7 февраля 4-й Украинский фронт полностью очистил от вражеских войск никопольский плацдарм и 8 февраля вместе с частями 3-го Украинского фронта освободил город Никополь. Первыми форсировали Днепр и ворвались в город гвардейцы мотострелкового батальона майора Г.М. Надежкина (5-я гвардейская отдельная мотострелковая бригада 3-й гвардейской армии). За храбрость, находчивость и доблестное выполнение боевой задачи при форсировании Днепра и освобождении Никополя майору Г.М. Надежкину и еще пяти бойцам его батальона было присвоено звание Героя Советского Союза.
Однако окружить и уничтожить немецко-фашистские войска на никопольском плацдарме не удалось. Командование группы армий «А» (генерал-фельдмаршал Э. Клейст) вовремя осознало угрозу окружения плацдарма и уже 4 февраля приступило к отводу войск. Переправленные на правый берег Днепра пять дивизий были использованы для укрепления коридора вдоль берега шириной 8—12 км, по которому выходили войска из обозначившегося в районе запорожской излучины котла.
10 февраля ударная группировка 3-го Украинского фронта вышла к Днепру. Ее боевые возможности к этому времени уже значительно снизились. Например, 4-й гвардейский мехкорпус потерял 4А своих танков и САУ. Предпринятая ею попытка окружить отходившие из-под Никополя немецкие войска успеха не имела. Во многом это объяснялось тем, что 11 февраля враг нанес с востока сильный контрудар на Апостолово, и войска 3-го Украинского фронта вынуждены были сосредоточить свои основные усилия на его отражении.
Тем не менее никопольская группировка противника потерпела тяжелое поражение. Она понесла большие потери в живой силе и боевой технике. Все тяжелое вооружение и автотранспорт ее войсками были брошены или разбиты нашей артиллерией и авиацией.
После небольшой паузы, использованной для подтягивания тылов и перегруппировки войск, 3-й Украинский фронт 17 февраля возобновил наступление, нанеся удар на Кривой Рог, где оборонялось до семи дивизий противника. После упорных боев войска фронта 22 февраля освободили город Кривой Рог — крупный промышленный центр и узел дорог. К 29 февраля 3-й Украинский фронт правым крылом и центром выдвинулся к реке Ингулец, захватив ряд плацдармов на ее западном берегу. В результате были созданы выгодные условия для нанесения последующих ударов по врагу в направлении Николаева и Одессы.