Всего к началу наступления в 7-й, 8-й, 9-й и 11-й армиях Юго-Западного фронта насчитывалось 603 184 штыка, 62 836 шашек, 223 тыс. бойцов обученного запаса и 115 тыс. безоружных бойцов (не хватало винтовок). На вооружении имелось 2480 пулеметов, 2017 орудий полевой и тяжелой артиллерии. Войска фронта располагали 2 бронепоездами, 1 дивизионом и 13 взводами бронеавтомобилей, 20 авиационными отрядами и 2 бомбардировщиками «Илья Муромец». Противник имел 592 330 бойцов в пехоте и 29 764 бойца в кавалерии, 757 минометов, 107 огнеметов, 2 731 орудие полевой и тяжелой артиллерии, 8 бронепоездов, 11 авиационных дивизионов и рот. Таким образом, наступление начиналось в условиях превосходства противника в артиллерии (правда, в австро-венгерских войсках не хватало снарядов). Главными козырями становились внезапность атаки, ее масштабы, превосходство в живой силе, особенно ярко выраженное на фронте 8-й армии. Русская разведка сумела вскрыть расположение противника, но ошибалась в подсчете его сил. Несмотря на то, что австро-венгерское командование перехватило приказ Брусилова о переходе в наступление, принять какие-либо контрмеры оно не смогло.
22–23 мая (4–5 июня) 1916 г. после долгой артиллерийской подготовки (в 7-й армии – двое суток) русские войска обрушились на врага. 23–24 мая (5–6 июня) 8-я армия прорвала позиции австро-венгерских армий: 1-й – у Сапанова, а 4-й – у Олыки. Исключительное значение для успеха имел артиллерийский обстрел, заставивший противника часами не покидать убежища. В ряде мест артиллерия и убежища противника были эффективно поражены русскими химическими снарядами. К вечеру четвертого дня наступления был освобожден Луцк. Командующий 4-й армией эрцгерцог Иосиф Фердинанд был смещен.
11-я русская армия не смогла прорвать австро-венгерские позиции и противодействовать переброске войск с этого участка под Луцк. Однако южнее успех сопутствовал 7-й армии у Язловца, а 9-й – у Окны. Войска генерала от инфантерии П. А. Лечицкого раскололи надвое 7-ю армию австро-венгров и заставили ее отступать к Станиславову и к Карпатам.
Потери 8-й армии за первые три дня наступления достигли 33,5 тыс. человек, 9-я армия потеряла за первый день прорыва более 10 тыс. человек, 7-я за первую неделю – 20,2 тыс., 11-я также за первую неделю – 22,2 тыс. человек. Огромные потери атакующих и отсутствие резервов (резерв фронта был введен в бой на третий день операции, а отправленные из состава Северного и Западного фронтов четыре корпуса еще не были подвезены) не давали возможности развить успех на юге.
