Ставка решила начать наступление Юго-Западного фронта на две недели раньше намеченного срока. Это наступление должно было отвлечь на себя часть сил противника, чтобы обеспечить успех наступления Западного фронта.
План предстоящей операции был разработан А. А. Брусиловым, командующим Юго-Западным фронтом. Им был предложен новый для того времени метод прорыва фронта: вместо одного мощного удара он предложил провести несколько ударов на разных направлениях и тем самым дезорганизовать противника.
Подготовка к наступлению русских войск велась с особой тщательностью и в строжайшем секрете. В тылу была организована соответствующая подготовка солдат, которым предстояло штурмовать укреплённую полосу противника, ширина которой достигала 10–15 км.
Проводилась разведка, был разработан план артиллерийской подготовки, налажено тесное взаимодействие между пехотой и артиллерией, оборудованы плацдармы для наступления.
Численность русских войск перед началом операции составляла 573 тысячи штыков, 60 тысяч сабель, 1770 лёгких и 168 тяжёлых орудий. Австро-венгерские войска располагали 437 тысячами штыков, 30 тысячами сабель, 1300 лёгкими и 545 тяжёлыми орудиями.
Противник знал о готовящемся наступлении, но экстренных мер не принял, будучи уверенным в неспособности русских войск прорвать хорошо укреплённый фронт.
Наступление началось на всём Юго-Западном фронте 22 мая (4 июня) сильнейшей артподготовкой, которая длилась от 6 до 46 часов на разных участках фронта. Под прикрытием артиллерии русская пехота двинулась в атаку и вскоре почти во всех местах фронт оказался прорван.
Наибольших успехов достигла 8-я армия под командованием генерала А. М. Каледина, наступавшая на Луцк и занявшая этот город 25 мая (7 июня), а спустя неделю разгромившая 4-ю австро-венгерскую армию герцога И. Фердинанда. Однако вскоре 8-я армия встретила у реки Стоход упорное сопротивление германских войск, переброшенных с других участков фронта.
11 (24) июня Юго-Западному фронту была передана 3-я армия генерала Л. П. Леша, которая была направлена к реке Стоход для поддержки 8-й армии.
На левом фланге фронта 9-я армия генерала П. А. Лечицкого продвинулась на 120 км, форсировала реку Прут и захватила город Черновицы (Черновцы), а в июне – июле очистила от неприятеля всю Буковину.
В центре фронт прорвали 11-я армия генерала В. В. Сахарова и 7-я армия генерала Д. Г. Щербачёва, но они столкнулись с ожесточённым сопротивлением отдельных частей врага.
К сожалению, успех наступления Юго-Западного фронта не был использован другими фронтами, а поступление в распоряжение Брусилова резервов запоздало. В Берлине и Вене осознали грозящую опасность и с различных фронтов на помощь австро-венгерским армиям стали перебрасывать войска. Стараясь удержать город Ковель, являющийся важным центром коммуникаций, австро-немецкие войска начали крупные контратаки против сил 8-й армии.
В течение июля были предприняты ещё несколько попыток взять Ковель, в которых также участвовала отданная в