В тяжелых условиях при подготовке операции работал тыл фронта под руководством генерала В. И. Вострухова, соратника Конева по Калининскому и Степному фронтам, в период битвы под Москвой командующего 22-й, а затем 31-й армиями. Совсем недавно завершилась Корсунь-Шевченковская операция. Чрезвычайно трудно было выполнить ряд срочных подготовительных работ, особенно связанных с оборудованием дорог и ремонтом автотранспорта. Непролазная грязь на дорогах тормозила перевозки и накопление запасов, подвоз всего необходимого войскам в ходе наступления. Дело осложнилось тем, что во всей полосе фронта не было ни одной шоссейной дороги. И все же тыл сумел обеспечить к началу операции потребность войск в основных материальных средствах и, главное, в боеприпасах. Большую помощь в решении сложных задач оказали тылу работники политуправления фронта во главе с генералом А. Н. Тевченковым.
Постоянное внимание Военный совет уделял политическому обеспечению операции. Войскам фронта предстояло преодолеть ряд рубежей обороны, созданных противником на реках Горный Тикич, Южный Буг и Днестр. Поэтому в период подготовки операции политические органы сосредоточили свои силы на оказании помощи командованию в подготовке личного состава к форсированию рек с ходу. Широко пропагандировался боевой опыт, приобретенный войсками в ходе предыдущих операций, особенно при форсировании Днепра. Политуправление фронта издало листовку-памятку для солдат о форсировании рек. В подразделениях проводились занятия на тему, как использовать подручные средства для переправы, о преимуществах форсирования рек без пауз, об особенностях боевых действий при захвате плацдармов.
5 марта в 7 часов 50 минут началась атака переднего края обороны противника. Ей предшествовала 56-минутная артиллерийская подготовка, оказавшаяся, как и предполагалось, весьма эффективной. В первый же день наступления вражеская оборона была прорвана. По решению маршала Конева в сражение вводятся 2-я и 5-я гвардейская танковые армии, передовые отряды которых с ходу форсировали Горный Тикич. Инженерные части, находившиеся в боевых порядках войск, быстро навели штурмовые мостики из подручных средств, а с захватом плацдармов построили деревянные низководные мосты, обеспечив тем самым переправу главных сил. За три дня операции глубина продвижения наступавших войск составила более пятидесяти километров. 9 марта «Правда» писала по этому поводу: «Какого высочайшего накала должен быть наступательный порыв, чтобы ежедневно в любую погоду, и днем и ночью, без отдыха идти с боями по грязи, преследовать врага, когда он бежит, ломать его оборону, когда он сопротивляется, и гнать его. Гнать прочь с нашей земли до Буга, за Буг, за Днестр. Для такого наступательного порыва одного вдохновения и энтузиазма мало. Надо силу иметь богатырскую!»
25 марта, спустя двадцать дней после начала прорыва обороны противника на уманском направлении, 40, 27 и 52-я армии передовыми отрядами вышли на Государственную границу Советского Союза — реку Прут. На 1009-й день войны пограничную реку форсировала ударная группировка фронта под командованием маршала Конева. Освобожденный участок государственной границы взял под охрану 24-й пограничный полк, подразделения которого приняли здесь бой 22 июня 1941 года.
К 5 апреля соединения фронта подошли к Кишиневу. Однако попытка с ходу освободить столицу Молдавской республики не удалась. Сказалось то, что армии прошли с боями от 300 до 400 километров, войска устали, тылы растянулись. Кроме того, противник, перегруппировав на это направление четыре пехотные и танковую дивизии, нанес ряд сильных контрударов, пытаясь отбросить советские части за Прут. В них участвовали 14, 23, 24-я немецкие танковые дивизии, дивизия СС «Мертвая голова» и моторизованная дивизия «Великая Германия». Исходя из создавшейся обстановки, с разрешения Ставки ВГК маршал Конев отдал приказ на переход к обороне[63].