Эти позиции могли казаться неприступными. На французском фронте, на подступах к Вердену, укрепления были слабее и глубина оборонительных полос меньше. Но это обстоятельство не смутило Брусилова. Он провел большую, кропотливую подготовку операции. Она проходила в полной тайне, что дало возможность достигнуть внезапности — этого важнейшего условия успеха.
4 июня, в 3 часа утра, началась артиллерийская подготовка наступления. Она продолжалась два дня. Огнем 2 000 орудий, в том числе 350 тяжелых, русские артиллеристы уничтожили австрийские укрепления на участках будущих атак. Австро-германцы еще ни разу за все войну не испытывали на русском фронте такого мощного и меткого огня русской артиллерии.
В 9 часов 5 июня шесть дивизий правофланговой 8-й армии ринулись на штурм австро-германских позиций. Мощные, раскатистые крики «ура» сливались с тугом канонады и со взрывами разрывавшихся впереди снарядов. К 17 часам части одного из корпусов овладели первой укрепленной полосой австрийцев глубиной до 2 километров.
На следующий день была захвачена вторая укрепленная полоса. Казалось, что ничто не может остановить стремительного движения вперед русских частей.
7 июня отступление австро-германцев перешло в беспорядочное бегство. Части 8-й армии вели неотвязное преследование отступавшего врага и в тот же день овладели важнейшим стратегическим пунктом в тылу австро-венгерских позиций — городом Луцком. С захватом Луцка русские войска вклинились в расположение австрийцев больше чем на 30 километров.
Наступление шло безостановочно. 8 июня русские части переправились через реку Стырь и к 14 июня достигли линии австро-венгерских укреплений в двух переходах за Луцком.
С началом прорыва немцы начали спешно перебрасывай свои части с северного участка русского фронта и с Западного, французского, фронта на поддержку австрийцам 14 июня произошли первые стычки русских войск с при бывшими немецкими резервами. Русские легко опрокинули передовые германские части. 15 июня появились крупные германские силы, переброшенные с французского фронта. Русские резервы к этому времени были израсходованы. Пришлось временно остановиться, подтянуть артиллерию, тылы и ждать подхода свежих частей. Части 8-й армии перешли к обороне на занятых рубежах.
На левом фланге фронта наступала 9-я армия. 4 июня в 12 часов дня, после газобаллонной атаки и шестичасовой артиллерийской подготовки, во время которой было израсходовано 120 000 снарядов, части 9-й армии пошли в атаку, оказавшуюся, как и атака 8-й армии, успешной.
В первый день 3-я Заамурская дивизия заняла всю первую позицию австрийцев. 9-я армия за один день взяла в плен 11 640 австрийцев и захватила 140 орудий 20 пулеметов и большое количество других трофеев 10 июня было захвачено 18 000 пленных и 10 орудий. Австрийцы спешно отступали на Коломыю и Черновицы.
Части 9-й армии вели преследование противника.
К вечеру 13 июня они, прорвавшись более чем на 50 километров в глубину австрийской обороны, приостановил свое движение и стали подтягивать резервы и тылы.
18 июня передовые части корпусов, возобновивших пре следование в направлении Черновицы, захватили предмостное укрепление на северном берегу реки Прут, а за тем и австрийский город Черновицы. 28 июня правофланговые части 9-й армии захватили район Коломыи. Здесь была наголову разбита 7-я австрийская армия. К 10 июля продвижение 9-й армии уже представляло реальную угрозу Венгрии и промышленным районам Галиции.
За 36 дней боев 9-я армия захватила 84 000 австро-германцев, 84 орудия и 72 пулемета. Потери убитыми и ранеными были значительно больше. Немцы, в целях воспрепятствования дальнейшим успехам русских, перебросили с французского фронта на Юго-Западный, русский, до 24 дивизий. Австрийцы прекратили наступление на итальянском фронте и тоже начали спешно перевозить свои части на» русский фронт. 8-я русская армия, окончательно разгромив 4-ю австрийскую армию и разбив свежие германские дивизии, подошедшие на ее фронт, вышла на реку Стоход.
Брусиловский прорыв был успешным еще и потому, что он велся на отдельных участках широкого фронта. Фронт австро-германцев поэтому рухнул сразу на широком участке, и они должны были вследствие этого разбрасывать свои резервы.