ב-4 ביוני 1916 פתח ברוסילוב בהרעשה ארטילרית קצרה ומדויקת לאורך 480 ק"מ. האוסטרו-הונגרים הופתעו והחלו לסגת. ב-8 ביוני כבשו הרוסים את לוצק ושבו כ-200,000 חיילים אוסטרו-הונגרים בהמשך נכבשה גליציה ובוקובינה ובהן הערים לוצק, ברודי וצ'רנוביץ. ההתקפה הצליחה בפעם הראשונה לנקז כוחות גרמנים-אוסטרים משמעותיים לחזית המזרחית. הרמטכ"ל האוסטרו-הונגרי קונרד פון הצנדורף נאלץ לעצור את המתקפה בחזית האיטלקית (קרב אסיאגו) ולשלוח כוחות לחזית המזרחית ופאול פון הינדנבורג, המפקד הגרמני של החזית המזרחית שינע 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 הגיע ברוסילוב למרגלות הרי הקרפטים, אבל בעיות לוגיסטיות ואבדות כבדות אילצו אותו להפסיק את המתקפה ולהתחפר.