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11月1日，红军开始在布克林登陆场发动进攻，但由于德军顽抗，红军这一次进攻也未能突破其防御。其间，[[第2航空集团军]]为了支援地面部队的行动，1日和2日两天就在复杂的气候条件下出动了640架次。3日晨，方面军主攻部队在经过炮兵火力打击后，从柳捷日登陆场发动了进攻，[[近卫第5坦克军]]、[[第38集团军（苏联）|第38集团军]]、[[第60集团军（苏联）|第60集团军]]在当天推进了5—12公里。4日至5日，[[近卫第3坦克集团军]]加入战场，突破了德军防御，切断了[[基辅]]—[[日托米尔]]公里。为了扩大战果，[[近卫第1骑兵军]]随第38集团军和第60集团军的第二梯队及捷克斯洛伐克第1独立旅进入突破口。[[德国国防军统帅部德国国防军陆军总司令部|德军统帅部]]担心自己在基辅一带的部分遭到合围，随即命令其迅速撤退。6日凌晨，[[乌克兰苏维埃社会主义共和国|乌克兰]]首都[[基辅]]解放。7日，红军在追击德军的过程中解放了[[法斯托夫]]。随后，[[第13集团军（苏联）|第13集团军]]也利用战场的有利态势，在方面军右翼转入进攻。13日，[[日托米尔]]解放。但是，德军自8日起就开始调集预备队，在法斯托夫、斯泰基、[[科尔宁]]等地集结兵力，向方面军主攻部队的侧翼实施猛烈的反扑，导致方面军左翼推进受阻。[[最高统帅部大本营]]在发现德军兵力动向后，于12日命令方面军在日托米尔—第聂伯河一带转入防御。而继续进攻的方面军右翼各部（第13集团军和第60集团军）于月底推进至[[纳罗夫利亚]]—[[叶利斯克]]—[[奥夫鲁奇]]—[[科罗斯坚]]一线。<ref name="苏联军事百科" />

[[德国国防军统帅部德国国防军陆军总司令部|德军统帅部]]为恢复第聂伯河的防御，发动反攻，拟优先合围和消灭在[[日托米尔]]一带的红军各部，随后转向基辅发动进攻。德军的主攻方向选在南面，即[[法斯托夫]]—[[布鲁西洛夫（市级镇）|布鲁西洛夫]]一线，另外还将日托米尔—[[拉多梅什利]]作为第二进攻方向。德军投入反攻的兵力包括[[第4装甲集团军]]的15个师（含7个装甲师和1个摩托化师）。而红军[[最高统帅部大本营]]在洞悉德军兵力部署和意图后，于11月12日命令[[乌克兰第一方面军]]暂停在日托米尔的进攻，转入防御，不如德军突破法斯托夫—基辅一线。13日，方面军中央和左翼部队转入防御，并以右翼的[[第13集团军（苏联）|第13集团军]]和[[第60集团军（苏联）|第60集团军]]继续进攻。15日，在红军尚未完成防御准备之际，德军又在日托米尔—法斯托夫一线实施反攻，意图推进至基辅—日托米尔公路。在此防守的[[第38集团军（苏联）|第38集团军]]各部在德军猛攻之下，被迫向北撤退，使第60集团军左翼出现了被围的危险态势。17日，德军在[[科罗斯特舍夫]]以东切断了日托米尔—基辅公路，并将其坦克转向基辅。18日，德军从西、南两面实施夹攻，在日托米尔一带包围了第60集团军一部兵力。20日，第60集团军被围部队放弃日托米尔突围。23日，两翼遭到德军迂回的第38集团军根据方面军司令部的命令，放弃了布鲁西洛夫，向东撤退8—10公里至预先构筑的防线。方面军司令部随即根据战局变更部署，将[[近卫第3坦克集团军]]从法斯托夫向布鲁西洛夫方向调动，同时从[[最高统帅部大本营预备队]]调来的[[近卫第1集团军]]也将一个步兵军派往该方向。此外，[[第40集团军（苏联）|第40集团军]]和[[第27集团军（苏联）|第27集团军]]早在15日至17日就将布克林登陆场的部队调至法斯托夫—特里波利耶一带。25日，方面军以三个步兵军的兵力从拉耶夫卡—博罗夫卡一线向南进攻，对沿公路进攻的德军布鲁西洛夫集团侧翼实施反突击，双方在此交战数日，最终挫败了德军沿日托米尔公里取捷径进攻基辅的企图。30日，双方的战线稳定在[[切尔尼亚霍夫]]—拉多梅什利—[[斯塔维谢]]—尤罗夫卡一带。<ref name="苏联军事百科" />