Брусилов знал, что австрийцы с помощью воздушной разведки непременно обнаружат подготовку к наступлению. И приказал рыть траншеи для сближения с противником — верный признак готовящейся скорой атаки более чем на 20 участках своего фронта, В результате противник так и не установил, где же будет главный удар. Потому что главного удара фактически не было. Атака началась сразу более чем на 10 участках всеми четырьмя армиями Юго-Западного фронта. Она предварялась тщательной разведкой, мощной артподготовкой, а в проволочных заграждениях заранее были проложены проходы. Уже на второй день наступления 8-я армия генерала Алексея Каледина, где было относительно больше сил и средств, прорвала австро-венгерский фронт, а 25 мая заняла Луцк. Успешно наступали и другие армии, особенно 9-я в Буковине. 7-я армия смогла овладеть только первой позицией противника, а 11-я стояла на месте до июля. Австро-венгерские части отступали в беспорядке. Генерал-квартирмейстер 8-й армии генерал Н. Н. Стогов доносил: «… Разгром австрийцев… выявился во всей своей полноте. Массовые показания пленных рисуют безнадежную картину австрийского отступления: толпа безоружных австрийцев различных частей бежала в панике через Луцк, бросая все на своем пути. Многие пленные… показывали, что им приказано было для облегчения отступления бросать все, кроме оружия, но фактически они нередко бросали именно оружие раньше всего другого… Деморализация захватила и офицерский состав разгромленных австрийских полков: многие пленные уверяли, что офицеры чуть ли не первыми уходили в тыл, бросая солдат на попечение унтер-офицеров. Обычная при отходе картина недоедания и утомления войск развернулась во всю ширь». Брусилов впервые применил тактику одновременного наступления на разных направлениях в масштабах фронта. Такая тактика не позволяла противнику сконцентрировать резервы и артиллерию в одном месте для отражения атаки. Подобные дробящие удары легко рассекли австро-венгерский фронт. Однако оборотная сторона заключалась в том, что достигнутый успех трудно было использовать. Силы Юго-Западного фронта оказались рассредоточены и непросто было собрать их в кулак для развития наступления в наиболее выгодном направлении. Да и конкретных планов дальнейшего продвижения с целью достижения стратегических результатов не было ни у Ставки, ни у командования фронтом. Ведь наступление Брусилова задумывалось как вспомогательное.
С 4 по 7 июня войскам Юго-Западного фронта удалось быстро прорвать австрийский фронт, продвинувшись на направлении главного удара за 13 дней на 75 км. 4 июня в 9-й армии было израсходовано для легких и горных орудий около 190–194 снарядов на пушку (в 11-м корпусе свыше 500 снарядов на пушку), 283 на 107-мм пушку, по 404 на легкую и 175 на тяжелую гаубицу (в 11-м корпусе по 220), по 187 на тяжелую осадную пушку. Для сравнения: в битве на Сомме немцы в среднем за операцию для всей артиллерии расходовали около 350 снарядов на легкую пушку в сутки, французы — 283, а в отдельные дни — до 600.
Если в Брусиловском прорыве на дивизию приходилось от 2,5 до 5 км. фронта, то на Сомме — 1 км. Если средняя плотность артиллерии на 1 км. фронта составляла от 7 до 14 легких и от 2 до 6 тяжелых, то на Сомме — 30 легких и 43 тяжелых соответственно. Т. е. французы и англичане могли позволить себе большую роскошь артиллерийской поддержки, особенно тяжелыми орудиями, чем русские войска.
На участке 32-го корпуса 8-й армии артиллерия из-за нехватки тяжелых орудий и боеприпасов, плюс плохая корректировка с воздуха, не смогла подавить бетонированные укрепления. Ночной 10-часовой перерыв в артподготовке привел к тому, что австрийцы оправились от шока и восстановили часть заграждений. Против проходов были выставлены пулеметы, огнеметы и траншейные орудия, которые затем были пущены в ход по штурмующей пехоте. В результате пехота имела большие потери и смогла продвинуться только благодаря прорыву севернее, у Луцка. Командование не сумело своевременно вести конницу в прорыв, хотя командир 12-й кавдивизии Маннергейм сам просил командира 6-го Финляндского полка Свеч и на открыть ему проход через проволоку, но Свечин, не имея приказа, отказал.
10 июня многообещающий набег конного корпуса на Ковель был отменен, его командующий генерал Гилленшмит оправдывался силой противника и наличием у него тяжелой артиллерии.
16 июня было принято решение продолжать наступать на Ковель и Брест, одновременно генерал Линзинген уже собранными вокруг Ковеля войсками нанес контрудар по наступавшей 8-й русской армии, и в тот же день было окончательно прекращено наступление в Южном Тироле. Австрийцы получили возможность избежать полного разгрома, а «Ковельская дыра» постепенно затыкалась перебрасываемыми немецкими войсками. Теперь главную оборону перенесли во вторую линию окопов, расположенную не ближе 150–200 шагов от первой, с хорошей маскировкой.
К 20 июня на Юго-Западном фронте начал ощущаться недостаток не только снарядов, но и ружейных патронов.
Было решено перебросить резервы на Юго-Западный фронт, чтобы попытаться развить его успех. Но теперь уже войска действовали без тщательной подготовки — по словам самого Брусилова, разведка не всегда велась, часто отсутствовала связь между пехотой и артиллерией, при громадном расходе снарядов (до 1700 снарядов в день на батарею) задачи артиллерии ставились неправильно, в результате она не всегда справлялась даже с полевыми окопами.
Развивая успех и отразив контратаки неприятеля, русские войска вышли на рубеж реки Стрыпа, а потом с помощью подошедших с других фронтов подкреплений захватили город Бучач и Буковину со столицей провинции Черновицами. Бреши в австрийском фронте пришлось заделывать срочно переброшенными германскими подкреплениями. Австрийцы же прекратили удачно развивавшееся наступление на итальянском фронте. Однако русская Ставка только 3 (16) июня решила сосредоточить все усилия на развитие успеха Брусилова, признав Юго-Западный фронт главным. К тому времени сильная группировка австро-немецких войск была сосредоточена в районе Ковеля и смогла удержать этот важнейший железнодорожный узел, падение которого ставило под угрозу устойчивость всего Восточного фронта Центральных держав. Ставка и Брусилов, все еще рассчитывая на успешное наступление Западного фронта, часто отдавали войскам противоречивые приказы, концентрируя наступление то на ковельском, то на львовском направлении. Это облегчило австро-германскому командованию задачу восстановления сплошной линии фронта. Для укрепления боеспособности австро-венгерской армии в ее боевые порядки были введены германские дивизии, а непосредственно к частям прикомандированы германские офицеры, передававшие союзникам свой опыт. Кроме того, немцы занялись обучением австро-венгерских пополнений, а потом — и переброшенных на Восточный фронт турецких войск.
К концу июля (ст. ст.) войска Брусилова захватили, по российским данным, до 380 тысяч пленных, заняли Станиславов и вышли на рубеж реки Стоход. К тому времени противник сосредоточил здесь значительные силы и дальнейшие атаки, продолжавшиеся с перерывами до начала октября, не принесли существенных успехов, но стоили больших потерь, которые в итоге превысили австро-германские.
С французского фронта для отражения Брусиловского прорыва немцы перебросили лишь 12 батальонов полного состава. Это объяснялось тем, что из-за недостатка рокадных дорог на Восточном фронте быстрее можно было перебросить подкрепления с Запада, чем с северного или центрального участков на юг Восточного фронта.
Как считает С. Г. Нелипович, Брусиловский прорыв не достиг своих целей, поскольку «операция не имела четко поставленной цели. Наступление развивалось ради самого наступления, в котором априори предполагалось, что противник понесет большие потери и задействует больше войск, нежели русская сторона». Хотя Австро-Венгрия была более промышленно развитой страной, чем Россия, и имела превосходство в качестве артиллерии, но боеспособность ее армии снижалась острыми противоречиями между венграми и словаками, немцами и чехами, венграми и сербами, немцами и итальянцами, сербами и хорватами, венграми и румынами.
