הרוסים קיצרו את קו החזית ב-700 ק"מ והיו קרובים לאזורי האספקה שלהם, דבר שאיפשר להם לבנות מחדש את הצבא. בעקבות כישלונות הצבא פיטר הצאר ניקולאי השני את מפקד צבא האימפריה הרוסית ניקולאי ניקולאייביץ' הבן ומינה את עצמו כמפקד העליון של הצבא.
בתחילת 1916 לחצו הצרפתים על הרוסים לפתוח במתקפה כדי להוריד את הלחץ בחזית ורדן והאיטלקים לחצו עליהם כדי להקל עליהם את הלחץ בחזית האיזונצו. באביב 1916 פתחו הרוסים במתקפת אגם נארוץ', אולם המתקפה הייתה דומה למתקפות הכושלות בחזית המערבית. הרוסים התחילו בהפגזה ארטילריה כבדה שנמשכה יומיים ולאחר מכן הסתערו 350,000 החיילים הרוסים בקבוצות גדולות שהיו מטרה מצוינת למכונות היריה של הגרמנים. הם הצליחו להתקדם קילומטרים ספורים עד שנאלצו לסגת לקו הקודם בהתקפת נגד של הגרמנים. מתקפה רוסית נוספת ב-21 במרץ 1916 ליד ריגה הסתיימה באותן תוצאות.
במרץ 1916 התמנה הגנרל אלכסיי ברוסילוב למפקד החזית הדרום מערבית. הוא המליץ לסטאבקה על מתקפה באזור גליציה לעומת מפקדים אחרים שדגלו בפעולות הגנתיות. הצאר קיבל את תוכניתו של ברוסילוב.
ההכנות למתקפה.
ברוסילוב ריכז ארטילריה, 39 דיוויזיות רגלים ו-10 דיוויות פרשים. הוא בנה בחשאי עמדות סמוך לקווי האוסטרו-הונגרים ותכנן התקפת פתע לאורך 480 ק"מ.
ב-4 ביוני 1916 פתח ברוסילוב בהרעשה ארטילרית קצרה ומדויקת. הוא התנגד להפגזות הארטילריה הכבדות והממושכות שפגעו באפקט ההפתעה ואיפשרו למותקפים זמן לגייס כוחות מילואים ולפנות את קו ההגנה הקדמי. הוא העדיף הפגזה מדויקת על מפקדות וריכוזי כוחות והתנגד להפגזות ללא מטרה שגרמו הרס רב והיקשו על המתקיפים להתקדם.
ברוסילוב הפעיל לראשונה את הטקטיקה של חיילי סער ביחידות קטנות ויעילות, שחדרו בנקודות חלשות רבות של הגנת האוסטרו-הונגרים ואיפשרו אחר כך לארבע הארמיות שלו להתקדם. טקטיקה כזאת אומצה על ידי הגרמנים בקרב קפורטו ב-1917 ובמתקפת האביב בחזית המערבית ב-1918.
האוסטרו-הונגרים הופתעו והחלו לסגת מערבה. ב-8 ביוני 1916 כבשו הרוסים את לוצק ושבו 200.000 חיילים אוסטרו-הונגרים. ברוסילוב כבש את מזרח גליציה ובוקובינה ובהן הערים לוצק, ברודי ו-צ'רנוביץ.
הרמטכ"ל האוסטרו-הונגרי קונרד פון הצנדורף נאלץ לעצור את המתקפה בחזית האיטלקית (קרב אסיאגו) ולשלוח כוחות לחזית המזרחית.
בינתיים התקדם ברוסילוב בצפון החזית לעבר קובל, אבל פאול פון הינדנבורג, מפקד החזית המזרחית הצליח בינתיים לשנע כוחות מחזית ורדן. ב-24 ביולי 1916 פתח הגנרל הגרמני אלכסנדר פון לינסינגן בקרב קובל והצליח לעצור את הרוסים ולגרום להם אבדות כבדות.
ב-20 בספטמבר 1916 הגיע ברוסילוב למרגלות הרי הקרפטים, אבל בעיות לוגיסטיות ואבדות כבדות אילצו אותו להפסיק את המתקפה.
תחילת המתקפה.
פריצת הדרך הרוסית בווהלין.
ב-4 ביוני 1916 תקפה הארמייה השמינית הרוסית בהנהגת אלכסיי קלדין בחמישה קורפוסים (ה-46, ה-30, ה-40, ה-8 וה-32) בין ראש הגשר של סטיר מצ'רטוריסק לספאנוב לכיוון קובל בקטע הצפוני של החזית המערבית הרוסית ולוצק. לאחר הפגזה ארטילרית של יממה על העמדות האוסטריות, חיילי הרגלים הרוסים עברו מעמדותיהם להתקפה. הארמייה השמינית כללה 200,000 חיילים ו-704 תותחים. היא התמודדה מול הארמייה הרביעית האוסטרו-הונגרית בפיקודו של הארכידוכס יוזף פרדיננד עם 150,000 חיילים ו-600 קני ארטילריה. במונחים של הגנרלים הרוסים השמרניים, עליונות מספרית קלה זו לא הספיקה להתקפה מוצלחת.
הגנרל קלדין הציב כ-100 גדודים עם 320 תותחים בין דובישצ'ה לקורטו באזור ההתקפה הראשי. הקורפוס ה-39 הרוסי פעל כנגד הדיוויזיה ה-2 האוסטרו-הונגרית, דרומית אליו פעל הקורפוס ה-8 הרוסי, כנגד קבוצת שורמאי שכללה את הדיוויזיה ה-70 הונווד והדיוויזיה ה-7 האוסטרו-הונגרית באזור מילנוב. צפונית לטריז הפריצה הייתה הדיוויזיה ה-37 הונווד כנגד הקורפוס ה-39 הרוסי. כוחותיו של קלדין הצליחו ב-5 ביוני, החזית האוסטרית באוליקה נפרצה לגמרי, והיא התרחבה לרוחב 75 ק"מ ולעומק 35 ק"מ עד 7 ביוני והאוסטרים נהדפו חזרה מהפוטילובקה לסטיר. הארמייה הרביעית האוסטרו-הונגרית איבדה את מרבית כוחותיה עם נסיגתה והתמוססה ל-27,000 חיילים תוך שבוע.
בצפון ליד Rafalowka ועל גשר סטיר ליד קולקי, יחידות הפרשים האוסטרו-הונגרים האואר ופאת הצליחו להביס את ההתקפות של קורפוס הפרשים ה-4 הרוסי ובלמו את הקורפוס ה-46 הרוסי. הקורפוס ה-40 הרוסי הצליח סוף סוף להשתלט על העיר לוצק על הסטיר, שאבדה בשנה הקודמת, ב-7 ביוני, ופריצת הדרך הושגה לחלוטין. לאחר התערבותו של מפקד קבוצת הארמיות, גנרל-אוברסט אלכסנדר פון לינסינגן, הגנרל קרל טרשצ'יאנסקי החליף את מפקד הארמייה הרביעית הארכידוכס יוזף פרדיננד ב-7 ביוני. מפקד הקורפוס ה-10 האוסטרו-הונגרי, הגנרל מרטיני, שהובס באזור הפריצה, הוחלף על ידי גנרל פרידריך צ'אנאדי.
הכוחות הרוסים התקדמו לאורך קו הרכבת מרובנו לקובל וכבשו את ראש הגשר של סטיר ברוז'ישצה ב-8 ביוני, שם נעצרו על ידי העתודה של קורפוס פאת. בין התאריכים 10–12 ביוני, היחידות הנותרות של הארמייה הרביעית האוסטרו-הונגרית נאבקו לשמור על הסטירליני, קטע הפריצה התפשט לרוחב 85 ק"מ ול-48 ק"מ לעומק. החזית החדשה של קבוצת ארמיות לינסינגן, אשר תפסה את הקו של הארמייה הרביעית האוסטרו-הונגרית המובסת, כללה את הקו מן Tarnawka, לאורך Plaszewka דרך סטיר, צפונה ליפא, על דרך Gorochow ו Swiniuchy לעבר Stochod ליד לינייבקה, משם לסוקול, לאורך הסטיר עד קולקי לרפאלובקה.
על מנת לנצל את הצלחתה של הארמייה השמינית, תקף ברוסילוב כעת גם עם הארמייה ה-11, שהייתה מדרום לה, תחת פיקודו של ולדימיר סחרוב. חייליו התמודדו עם הארמייה הראשונה האוסטרית והארמייה השנייה האוסטרית, שכללו יחד רק תשע דיוויזיות. ההתקפות על Mlynow ו-Sapanow הובילו לכיבוש מרכז התחבורה של דובנו עד ה-10 ביוני. מכיוון שהאגף הצפוני שלו היה בסכנת השמדה בשל התמוטטות הארמייה הרביעית, הורה הגנרל האוסטרי פאול פואהלו לסגת מהאיקווה לפלאשבקה ולליפה התחתונה, ועד ל-15 ביוני הקים קו הגנה חדש בדמידובקה. עמדות הארמייה השנייה האוסטרית בפיקודו של אדוארד פון בהם-ארמולי הוחזקו בינתיים ממזרח לברודי באיקווה העליונה. בסוף יוני ובתחילת יולי הארמייה הראשונה האוסטרית נאלצה לסגת מקו הנהר פלשבקה-ליפה מעבר לגבול הישן לסוויניוצ'י וגורוכוב.
ההתקפה נגד ארמיית הדרום.
בנוסף למבצעים המוצלחים בוואליניה, המתקפה של המרכז הרוסי באזור שממערב לטרנופול ב-4 ביוני נכשלה לחלוטין. האגף הצפוני של הארמייה השביעית הרוסית תחת פיקודו של דמיטרי צ'רבצ'וב עם הקורפוסים ה-18 וה-22 פעלה נגד ארמיית הדרום הגרמנית בפיקודו של פליקס פון בותמר. אולם צ'רבצ'וב השתייך לאסכולה השמרנית של גנרלים רוסים. בתגובה לתבוסות הצבא הוא אימץ טקטיקות צרפתיות שלא תאמו את רעיונותיו של ברוסילוב. הוא הורה על הפגזת ארטילריה שנמשכה 48 שעות ופתח במתקפת חי"ר קונבנציונלית. הוא נאלץ לעצור את ההתקפות בטרמבובלה, צפונית לקוזלו ונובו-אלכסינייץ, שהוא עצמו ביצע רק בחוסר רצון, לאחר מספר ימים ו-20,000 נפגעים ללא הצלחה.
ההתקפה של צ'רבצ'וב במרכז הייתה מוצלחת יותר: הקורפוסים הרוסיים ה-2, ה-16 וה-33 הדפו את האגף הצפוני של הארמייה השביעית האוסטרו-הונגרית בקרב על הסטריפה. הקורפוס ה-13 האוסטרי המובס נאלץ לסגת עם הפסדים כבדים. הקורפוס ה-16 הרוסי תקף עם הדיוויזיה ה-41 דרך הסטריפה בבוצ'אץ, שפונתה ב-10 ביוני על ידי הדיוויזיה ה-36 האוסטרית. לאחר אובדן בוצ'אץ נאלצה ארמיית הדרום הגרמנית להאריך את חזיתה דרומה ואילו הקורפוס האוסטרי ה-6 בפיקוד ארתור ארץ פון שטראוסנבורג נאלץ ב-12 ביוני לסגת באגף הדרומי של בותמר בקורופייץ ובנזניוב. תגבורת גרמנית הצליחה לאחד את הקו שוב בלחימה קשה בטלומאץ' עד סוף החודש.
הלחימה בדנייסטר.
במקביל לארמיות השמינית וה-11, תקפה הארמייה התשיעית בפיקודו של פלטון לטצ'יצקי את הקצה הדרומי של החזית ב-4 ביוני. כמו בהתקפה צפונה יותר, לרוסים היה יתרון מספרי קל. הארמייה התשיעית כללה 150,000 איש. מולה עמדה הארמייה השביעית האוסטרו-הונגרית עם בסך הכל 107,000 חיילים. לעומת זאת, בכל הנוגע לארטילריה הכבדה, שנחשבה לגורם העיקרי בחשיבתם של הגנרלים השמרנים, הייתה נחיתות דרמטית בצד הרוסי. האוסטרים הציבו 150 תותחים כבדים כנגד 47 התותחים הכבדים של צבא הצאר. למרות זאת, הרוסים השיגו הצלחה ניכרת בקטע זה של החזית. חזית הדיוויזיה ה-15 האוסטרו-הונגרית בפיקודו של גנרל מיור וייס-טיהאני לא יכלה לעמוד לאורך זמן בלחץ הקורפוס הרוסי השני ליד יסלובץ. ב-7 ביוני נאלצה החטיבה האוסטרית ה-29 ביסלובץ לסגת, לאחר שגם הדיוויזיה הרוסית ה-43 פרצה דרומה בדוליבטי. החטיבה האוסטרית ה-30 נשארה לשווא בעיקול הדנייסטר בין נוואלה לדולינה. ב-9 ביוני חזית הקורפוס האוסטרי ה-13 בפיקודו של אדולף פון רמן צו בארנספלד הובקעה בין מיטניקה-פורחובה. החיבור לקבוצת האדפי בקוסילניקי על הדנייסטר אבד. הדיוויזיה ה-15 האוסטרו-הונגרית הובסה לחלוטין, מתוך 10,965 איש שאבדו, מעל 8,000 נפלו בשבי הרוסים. הקו על הדנייסטר של קבוצות האדפי ובניגני, אשר עמדו במרכז פלדת הארמייה פלאנצר באלטין, נפל לבסוף בידי הקורפוסים הרוסיים ה-33 וה-41.
חדירה רוסית בבוקובינה.