Giai đoạn đầu

Quân Áo-Hung chưa hề chuẩn bị trước để đánh bại cuộc tiến công của quân Nga.[18] Ngày 4 tháng 6, quân Nga bắt đầu đợt tấn công ồ ạt với sự tập trung 600.000 quân và 1.930 cỗ pháo trên một chiến tuyến dài 400 cây số và vấp phải sức kháng cự mạnh mẽ của phòng tuyến pháo binh Áo-Hung. Các khẩu khinh pháo của quân Nga bắn nát dây thép gai của quân Áo-Hung.[25] Cuộc pháo chiến dữ dội của hai bên diễn ra đến ngày 5 tháng 6 khi quân Nga chọc thủng thành công phòng tuyến của quân Áo. Ngày 7 tháng 6, quân Nga tràn lên chiếm Lucok. Quân Nga đánh bại được quân Áo ở cả bốn địa điểm[11]. Sở dĩ chiến dịch giành thắng lợi lớn ở giai đoạn đầu là do tướng Brusilov đã áp dụng chiến thuật mới, sử dụng các lực lượng xung kích (shock troop) gây bất ngờ cho quân đội Áo-Hung đồng thời tập trung tấn công vào các yếu điểm trong hệ thống phòng ngự của đối phương. Người Đức trước đó đã phát triển chiến thuật xâm nhập trên Mặt trận phía Tây do Willy Rohr sáng tạo năm 1915. Rohr được coi là người khởi xướng chiến thuật với quân xung kích, không phải Brusilov.[28] Quân Nga đã đạt được mục tiêu của mình là giải nguy cho nước Ý khỏi sự tấn công của Đế quốc Áo-Hung và đẩy bớt quân Đức khỏi Mặt trận phía Tây.[11]

Ngày 8 tháng 6, phương diện quân Tây Nam của tướng Brusilov đã chiếm thành phố Lutsk. Tướng chỉ huy của quân đội Áo-Hung, Đại Công tước Josef Ferdinand, đã trốn thoát khỏi thành phố vừa kịp trước lúc quân Nga đến. Khi quân đội Áo-Hung rút lui, Nga bắt được 200.000 tù binh. Xét về mặt tù binh, trận này quân Nga thắng lớn hơn mọi trận đánh khác của cuộc Đại chiến thứ nhất.[7] Quân của tướng Brusilov đến lúc này đã tấn công trên một địa hình trải rộng quá mức do đó để tiến xa hơn nữa, quân Nga phải phụ thuộc vào sự tiếp viện của Đại tướng Evert. Tuy nhiên sự chậm trễ của tướng Evert đã tạo điều kiện cho bộ tư lệnh quân Đức gởi viện binh đến chiến trường Đông Âu, làm thất bại kế hoạch tiến xa của tướng Brusilov về sau. Vào ngày 16 tháng 6 năm 1916, sau khi đã tạo nên cả mớ lỗ hổng cho quân lực Áo-Hung trong suốt trận chiến vừa qua, người Nga tiến vào thủ phủ Czernowitz và chiếm đóng vùng Bukovina.[7]

Theo Spencer Tucker, thắng lợi vang dội trong các đợt tiến công ban đầu đã mang lại 40 vạn tù binh cho quân Nga.[11] Theo ghi nhận của các tác giả Benjamin Frankel và Dennis E. Showalter, quân Nga tóm gọn 125.000 tù binh Áo trong 4 ngày đầu tiên của chiến dịch.[17] Thảm bại này đã khiến cho quân Áo không thể nào hồi phục được nữa.[24] Vốn đã suy kiệt tinh thần,[25] giờ đây sĩ khí quân đội Áo đã hoàn toàn tan vỡ.[18]

Trong buổi gặp mặt cùng ngày thành phố Lutsk thất thủ, tham mưu trưởng quân đội Đức Erich von Falkenhayn đã thuyết phục tướng Áo Franz Conrad von Hötzendorf chấm dứt chiến dịch Asiago[25], để kéo quân từ Mặt trận Ý trở về để chống lại quân đội Nga ở Galicia. Trong cuộc hội kiến, Falkenhayn đã mắng nhiếc Conrad đến mức sau này vị tướng Áo phải nói là thà ông" tát vào mặt mình 10 phát" còn hơn là gặp gỡ Bộ Tổng Tham mưu Đức[25]. Thống chế Đức Paul von Hindenburg, người chỉ huy quân đội Đức ở mặt trận Đông Âu (Oberkommando-Ost) đã đề nghị chuyển bớt quân Đức từ chiến trường Tây Âu đến bằng xe lửa. Falkenhayn cũng sai Tướng Hans von Seeckt kéo một đoàn quân Đức - Áo về phía Đông, và tuy Conrad rất tủi hổ trước sự phỉ báng của Falkenhayn, ông rất đề cao tầm quan trọng của viện binh Đức như là nguồn giải thoát Đế quốc Áo-Hung khỏi nguy cơ hoàn toàn sụp đổ.[25] Trong khi ấy, quân Nga tràn vào vùng Galicia và nhanh chóng được nhiều người Slav trong Đế quốc Áo-Hung theo về.[16] Cộng đồng người Tiệp Khắc, người Ba Lan, người Slovakia,[17] người Ruthenes và người Serbia khước từ chiến đấu,[7] dù họ là thần dân của Hoàng đế Franz Joseph I mà họ không hề mến mộ,[17]: họ sẵn sàng đầu hàng quân Nga còn hơn phải chịu sự cai trị của Đế quốc Áo-Hung, và chủ trương mở rộng cánh cửa cho người Nga đô hộ.[25] Chiếm 1/3 số lượng tù bnh của Nga, họ mong muốn gây dựng "Đại Dân tộc Slavơ" và lật nhào sự thống trị của Vương triều Habsburg.[17] Mặc dù các tướng lĩnh khác của phe Hiệp Ước luôn khát khao sẽ làm nên một đại thắng tầm cỡ Brusilov trong ngày đầu, họ không bao giờ thành công.[25] Tuy nhiên, trong số đó, do quân Nga đã từng đàn áp Ba Lan, nên người Ba Lan tỏ ra không mấy hào nhoáng khi tham gia quân đội Nga.

Trận chiến kết thúc

Việc điều động 10 Sư đoàn Đức sang Mặt trận phía Đông được xem là một thành tựu ấn tượng của người Đức về tiếp tế.[25] Cuối cùng vào ngày 18 tháng 6 năm 1916, quân Nga mới mở một đợt tấn công yếu ớt dưới sự chỉ huy của tướng Evert. Quân Áo-Hung được quân Đức sự hỗ trợ đã xây dựng lại hệ thống phòng vệ, phục hồi kỷ luật quân đội và chuẩn bị chống chọi với đợt tiến công tiếp theo của quân Nga.[25] Ngày 24 tháng 7, tướng Alexander von Linsingen phản công và tạm thời ngăn được bước tiến của quân đội Nga, gây thiệt hại nặng nề cho đối phương.[25] Ngày 28 tháng 7, tướng Brusilov lại tiếp tục đợt tấn công mới và mặc dù quân đội của ông thiếu nguồn tiếp tế nhưng đập tan quân Áo-Hung,[27] và vẫn chiếm được núi Carpathian vào ngày 20 tháng 9. Dù vậy, vào ngày 7 tháng 8 năm 1916, quân Đức của Tướng Linsingen đã đánh bật và gây tổn thất không nhỏ cho quân Nga.[1]

Trong khi đó, tình hình quân Áo-Hung trở nên nguy kịch, buộc Đế quốc Ottoman phải tăng viện hai Sư đoàn cho họ, và vào ngày 28 tháng 8 năm 1916, Bộ Tổng Tham mưu Áo-Hung giao hết quyền chỉ đạo chiến dịch cho Bộ Tổng Tham mưu Đức.[27] Trước sự kiện này, quân Romania nhảy vào tham chiến bên phe Hiệp Ước khiến cho sứ mạng của người Nga đã hoàn tất.[17] Bộ chỉ huy tối cao quân đội Nga bắt đầu chuyển quân dưới quyền Evert sang Brusilov để tăng cường sức tấn công nhưng quân lính Nga ngày càng tỏ ra bất mãn do thương vong ngày càng nhiều. Chính trong đợt tấn công này, Brusilov lại sử dụng lối xua Bộ binh ồ ạt tấn công như thông thường, nên bị đánh thiệt hại nặng.[9] Cho dù cuộc tấn công cuối cùng cuối cùng đã thắng lợi,[25] Quân đội Nga ngày càng uể oải[25] và thiếu lương thực[8], cộng với việc quân đội Romania đang thất bại liên tiếp trước quân Đức, Áo-Hung nên quân đội Nga phải chuyển sang mặt trận Romania để giúp đồng minh. Chiến dịch Brusilov chính thức chấm dứt. Các nguyên nhân kết thúc khác của Chiến dịch Brusilov có thể được xem là do quân Đức tăng viện cho Áo-Hung và các Cụm Tập đoàn quân Nga khác thiếu hợp tác chặt chẽ với Brusilov.[8]