План предстоящей операции был разработан А. А. Брусиловым, командующим Юго-Западным фронтом. Им был предложен новый для того времени метод прорыва фронта: вместо одного мощного удара он предложил провести несколько ударов на разных направлениях и тем самым дезорганизовать противника.
Подготовка к наступлению русских войск велась с особой тщательностью и в строжайшем секрете. В тылу была организована соответствующая подготовка солдат, которым предстояло штурмовать укреплённую полосу противника, ширина которой достигала 10–15 км.
Проводилась разведка, был разработан план артиллерийской подготовки, налажено тесное взаимодействие между пехотой и артиллерией, оборудованы плацдармы для наступления.
Численность русских войск перед началом операции составляла 573 тысячи штыков, 60 тысяч сабель, 1770 лёгких и 168 тяжёлых орудий. Австро-венгерские войска располагали 437 тысячами штыков, 30 тысячами сабель, 1300 лёгкими и 545 тяжёлыми орудиями.
Противник знал о готовящемся наступлении, но экстренных мер не принял, будучи уверенным в неспособности русских войск прорвать хорошо укреплённый фронт.
Наступление началось на всём Юго-Западном фронте 22 мая (4 июня) сильнейшей артподготовкой, которая длилась от 6 до 46 часов на разных участках фронта. Под прикрытием артиллерии русская пехота двинулась в атаку и вскоре почти во всех местах фронт оказался прорван.
Наибольших успехов достигла 8-я армия под командованием генерала А. М. Каледина, наступавшая на Луцк и занявшая этот город 25 мая (7 июня), а спустя неделю разгромившая 4-ю австро-венгерскую армию герцога И. Фердинанда. Однако вскоре 8-я армия встретила у реки Стоход упорное сопротивление германских войск, переброшенных с других участков фронта.
11 (24) июня Юго-Западному фронту была передана 3-я армия генерала Л. П. Леша, которая была направлена к реке Стоход для поддержки 8-й армии.
На левом фланге фронта 9-я армия генерала П. А. Лечицкого продвинулась на 120 км, форсировала реку Прут и захватила город Черновицы (Черновцы), а в июне – июле очистила от неприятеля всю Буковину.
В центре фронт прорвали 11-я армия генерала В. В. Сахарова и 7-я армия генерала Д. Г. Щербачёва, но они столкнулись с ожесточённым сопротивлением отдельных частей врага.
К сожалению, успех наступления Юго-Западного фронта не был использован другими фронтами, а поступление в распоряжение Брусилова резервов запоздало. В Берлине и Вене осознали грозящую опасность и с различных фронтов на помощь австро-венгерским армиям стали перебрасывать войска. Стараясь удержать город Ковель, являющийся важным центром коммуникаций, австро-немецкие войска начали крупные контратаки против сил 8-й армии.
В течение июля были предприняты ещё несколько попыток взять Ковель, в которых также участвовала отданная в