Tập đoàn quân 9 thuộc Phương diện quân Tây Nam của Nga lúc bấy giờ đảm trách đối đầu với Tập đoàn quân 7 của Áo. Ngày 22 tháng 5 năm 1916, toàn bộ Phương diện quân Tây - Nam do tướng Brusilov chỉ huy bắt đầu tấn công. Tuyến phòng thủ của địch bị phá vỡ, quân Áo bắt đầu rút lui toàn bộ. Tập đoàn quân 9 vừa đánh vừa mở rộng phạm vi tác chiến của mình. Sư đoàn bộ binh của Vasilevsky sau khi vượt qua dãy núi Opstina Mare và Opstina Fredeu đã chiếm Chernopsui và tiến về Transinvany. Ngày 14 tháng 8 năm 1916, Rumani tuyên chiến với Áo - Hung, nhưng do không được chuẩn bị nên nhanh chóng thất bại. Bộ chỉ huy Nga đành phái quân đội đến thành lập một Phương diện quân mới là Phương diện quân Rumani trong đó có Tập đoàn quân 9. Sư đoàn 103, nơi mà Vasilevsky chiến đấu được tung vào hết khu vực này đến khu vực khác để bảo vệ các thành phố của Rumani chống lại các cuộc tấn công của Áo. Cuộc tấn công thắng lợi của Phương diện quân Tây- Nam đã đi vào lịch sử với tên gọi Cuộc đột phá của Brusilov. Mặc dù những kết quả của nó không được tận dụng một cách đầy đủ do sự hoạt động thiếu tích cực của Phương diện quân Tây ở bên cạnh và của Bộ chỉ huy tối cao đứng đầu la Sa hoàng nhưng cuộc tiến công đó vẫn nổi tiếng trên thế giới và đã ảnh hưởng đến tiến trình và kết cục của cuộc Chiến tranh thế giới thứ nhất. Đối với Vasilevsky cuộc tiến công này có ý nghĩa lớn, nó tạo ra trong đầu óc "những quan điểm về tổ chức và tiến hành trận đánh", điều đó giúp ích rất nhiều cho ông trong những năm tháng sau này.