无线电侦听提供的很多迹象表明，进攻迫在眉睫，特别是苏联无线电通信几乎没有采取什么措施来保守进攻准备方面的秘密，这就更使人加深了这个印象。进攻是以通常的方式开始的，先是半个小时的杀伤性炮击，尔后是重型坦克和步兵的冲击。福尔曼发现，虽然苏军上级领导机关的计划拟定得很好，但是苏军仍吃了它过去那些弱点的亏，它的炮火缺乏机动灵活与协调一致，它的下级指挥官缺乏主动性，它那未经训练而参战的步兵不善于作战。这些步兵员然在数量上以八与一之比超过德国的守军，但是大部分是由地方征集的往往不愿服役的人（德军称为“抓来的兵”）组成的。仅仅在1月5日和6日两天，第47装甲军的炮兵就发射了十七万七千发炮弹，力图用火力掩护正面已被打开的许多缺口。军或集团军都没有预备队，因此该军的防线有崩溃的危险。1月8日基洛夫格勒失守。1月9日夜晚，第47装甲军司令部遭到苏联一个搭载有步兵的坦克旅的袭击，被打散了，人员和武器装备均受到损失，许多师在后撤途中屡遭包围。
面对着德军猛烈的抵抗，科涅夫仍不断实施进攻。据苏联史料记载，这些德军巧妙地利用许多村庄与沟渠进行防守。西部的瓦杜丁第1乌克兰方面军继续在分割第1和第4装甲集团军，直到这两个集团军之间被打开的缺口达到四十英里宽时才罢休。但是，在1月份的下半个月，南方集团军群却动用了两个装甲军和一个步兵军对乌曼和文尼察之间这一地区的第1乌克兰方面军实施了两次有力的反突击。第一次反突击驱逐了乌曼以北日马琴科的第40集团军和扎多夫的第5近卫集团军。第二次反突击切断了莫斯卡连科的第38集团军和卡图科夫的第1坦克集团军各一部的退路，使其蒙受重大损失，特别是坦克。这时第1乌克兰方面军暂时放弃了阵地，向后约退了二十英里。
第1与第2乌克兰方面军在突入科尔孙地区东部和西部之后已经使切尔卡塞西南、由德军第1装甲集团军和第8集团军防守的突出部暴露。第1和第2乌克兰方面军准备用翼侧的部队恢复这次攻势，从两翼包围这个突出部。1月25日，第2乌克兰方面军首先发起进攻，1月27日夺取了德军深远后方的什波拉，次日，又攻占了兹韦尼哥罗德卡，德军装甲部队进行了猛烈的反突击，将进攻部队包围与孤立了三天。在这次战斗中，福尔曼发现，重型反坦克炮和豹式坦克上的火炮在直射距离上都能穿透T34型坦克。接着，在1月26日第1乌克兰方面军从西边实施进攻。1月28日，克拉夫琴利的第6坦克集团军在兹韦尼哥罗德卡附近同第2乌克兰方面军罗特米斯特罗夫的第5坦克集团军会师，完成了两翼包围，切断了利布的第42军和施特默尔曼的策11军。而就在这同一天，希特勒却将他所有的集团军群和集团军的司令召集到东普鲁士，听取关于在德军内建立国家社会主义党的优越性的报告。这次德军有四个步兵师、一个党卫军装甲师、一个党卫军旅以及其他一些部队总计约达六万人被苏联的二十七个步兵师、四个坦克军和一个机械化军所包围。
南方集团军群急如星火地调集一支解围部队，因为经验证明，反攻拖得越久，解围的任务就越艰巨。然而，一切重大决定都得由元首作出。就在那天傍晚五时，元首从蔡茨勒打来的电话今得知德军被围。他认为这是奇耻大辱，接着便开始从这里抽调一个师，从那里抽调一个战斗群。他忽然对蔡茨勒说，步兵在作战中再也发挥不了什么作用，除非他们后面有坦克或强击炮作后盾。胡贝的第1装甲集团军必须结束它在左翼同卡图科夫第1坦克集团军的战斗，第8集团军不得不动用福尔曼的第47装甲集团军。曼施泰因下令调出第聂伯河弯曲部霍利德特第6集团军防区中的第24装甲师。但是，坐在办公室指挥全线战争的希特勒在该师已开始进攻切尔卡塞后又将它调回，因为尼科波尔地区又遭到了威胁。它往返行程约五百英里，回到那里已为时太晚，在这两个地区都没有发挥作用。
担任包围任务的苏联部队是按照它们通常的做法分工的。对付包围圈内敌人的是斯米尔诺夫的第4近卫集团军和特罗费缅科的第27集团军的步兵师。罗特米斯特罗夫的第5近卫坦克集团军和克拉夫琴科的第6坦克集团军执行打援务，随时准备迎击解围部队的装甲突击。2月8日，苏军敦促被围的德军投降，保证人身安全并给予人道待遇。到2月10日，所有被围的部队都处在苏军火炮的射程之内，因为被围的这两个军在苏军进攻的压力下已龟缩到宽约十英里、长约二十英里的地域内。利布的第42军接受第11军军长施特默尔曼指挥。所有被围的部队都听从韦勒第8集团军的指挥。在科尔孙机场早已有一个简编的空运组织，负责第8集团军中那些因道路泥泞而得不到供应的前沿部队的补给工作。该组织经过充实每天能向被围部队空运八十吨补给品。大雨大雪交加，能见度和飞行条件都很差。
韦勒对调集解围部队的拖拉作风和上级强加于他的解围方法十分不满。这次解围不是以解救已方部队为目的，而是自不量力、异想天开地去包围并歼灭敌人。担任解围任务的左路部队，即布赖特的第3装甲军，于2月4日首先开始突击。但是，攻击的方向过于偏向西方，结果只好在血泊和泥淖中停了下来。它白费了五天时间，伤亡了许多人，最后又撤回到原地。时间不能再耽误下去，因而部队随到随即按新的最近捷的方向投入战斗。福尔曼的第47装甲军向敌包围圈偏东方向突击。无边无际的泥沟使部队的运动极为困难，车辆断了燃料，对解围部队的空中补给没有真正落实。第3装甲军改变进攻方向使敌感到意外，气温突然下降倒为部队的运动提供了有利条件。但是，苏军最高统帅部又给第1乌克兰方面军增调了一个集团军，即波格丹诺夫的第2坦克集团军。由于这个集团军投入战斗，苏军的抵抗也加剧了。2月12日，第3装甲军突入到包围圈十英里内一个名叫卢斯扬卡的小村庄。这时苏军最高统帅部拼命阻止德军解围。德军楔入地区的指挥权原属第1乌克兰方面军，现已移交给第2乌克兰方面军，因此，特罗费缅科的第27集团军也由第1乌克兰方面军转隶给第2乌克兰方面军。苏军步兵的损失很快得到了补充，如第180步兵师一攻下克维特克村（这个村在包围圈与第3装甲军之间的狭长地带上）就从村上动员了大约五百名男子加入该师。这些所谓自愿入伍的土兵肯定过不多久就会看到战斗的场面。显然苏军坦克的履带较宽，战术机动性比德军的坦克强，苏军履带车辆供应也较多，但是在一望无际的泥淖中运动也是困难重重。苏联的轰炸机不久便当做运输机使用，所有部队都用牛、马来牵引火炮和车辆，而且还雇佣当地农民来搬运补给品。至于德军，驻守在前进阵地亡的第3装甲军，由于路面的原因已不可能从陆路得到补给，早巳靠空运补给了。
德军的空中补给任务是出直属科尔孙机场的赛德曼第8航空军负责遂行的。过去是由飞机运进补给品，飞机返航时运走伤员。后来机场因地面的原因不能使用，才改为空投补给品。事实证明，空投的做法是不能令人满意的，因为这种办法速度慢、效率低，飞机遭到的损失越来越大。结果，补给品，包括四十加仑油桶，只好在三十英尺的高度上向下投掷。空运部队由于苏联防空火力和空军的截击，遭到了一些损失。然而，尽管德军的战斗机数量不足，护航机少，甚至三架梅109型飞机就担任三十六架运输机的护航任务，敌机也不敢靠近。总计，一千五百个架次共运进二千吨补给品，运出二千四百名伤员，飞机损失了三十二架。
2月5日，德军第8集团军命令赛德曼做好在2月10日以后突围的淮备。但是，直到2月15日，元首才同意被围部队突围。就在这同一天他批准莫德尔后撤到“美洲豹”防线。尔后，被围部队开始南移。天气每天都在变化，部队有时在大片泥淖中运动，有时迎着暴风雪转移。有些部队与兵团保持着自己的建制，始终不散；但是也有许多失散的士兵只能由就近的军官进行指挥。火炮、坦克和车辆均被遗弃。为了自卫，部队只能用轻武器来对付坦克和步兵几乎连续不断的冲击。党卫军诺曼人师在反击敌人进攻方面表现最为出色。此外，被围部队还遭到敌人炮火的袭击，伤亡越来越大。2月17日，先头部队与第3装甲军会合，大部分被围部队突出了包围圈。所有的伤病员都没有撤出，只好听天由命，所有的重型装备均被遗弃，赛德曼将军于2月18日自杀身死。据德军报道，有三万人安全突围。然而，苏军的报道是，包围圈里留下了一万八千名受伤与未受伤的战俘，五万具尸体。且不论有怎么多的人从切尔卡塞逃出，事实是南方集团军群在战术上吃了大败仗。许多从包围圈逃出来的幸存者无论在体力上或在精神上都不适于立即遂行作战任务。两个有作战经验的军作为战斗兵团已被消灭。这些损失造成的影响在后来的战争中人们仍能明显地感觉出来。
南方集团军群左翼部队（即劳斯的第4装甲集团军）的北边，南方集团军群和中央集团军群之间出现了一个大缺口，因为希特勒不愿意、也无法按曼施泰因的请求在罗夫诺另组建一个集团军。豪费第13军的一些部队被派去保卫从罗夫诺到利沃夫这一段陆上交通线，与此同时一些党卫军营和警察营保卫着普里皮亚特沼泽地中的铁路线。德军以为第1乌克兰方面军不会在该地区马上发起进攻，因为该方面军确实无法从切尔卡塞和第4、第1装甲集团军之间的楔形地区脱身。可是到1月27日，瓦杜丁的第1乌克兰方面军的右翼部队，即普霍夫的第13集团军和切尔尼亚霍夫斯基的第60集团军却在游击队的帮助下通过森林沼泽地向东发起了进攻。它们派出翼侧的第1和第6近卫骑兵军，在两天后到达1939年波兰边境内的斯特尔河。罗夫诺、卢次克和兹多尔布诺夫铁路联轨站很快即被苏军占领。2月10日，舍彼托夫卡失陷。德国驻乌克兰的专员科赫在苏军部队抵近时，逃离了在罗夫诺的专员署。在舍彼托夫卡丢失以后，元首又象往常一样反而责备德国陆军，并以死刑威胁那些司令官。
早在四周前，即1月10日与11日，部署在第聂伯河弯曲部以东的马利诺夫斯基第3乌克兰方面军和托尔布欣第4乌克兰方面军对德军霍利德特的第6集团军发起了进攻。但是，进攻没有取得进展，仅仅打了五天就奉命停止了。尔后，这两个方面军变更部署，加强兵力，准备在1月30日重新发动进攻。格拉戈列夫的第46集团军和崔可夫的第8近卫集团军，在第3乌克兰方面军中央地区实施主攻，沙罗欣的第37集团军和什列明的第6集团军负责扼守两翼。第4乌克兰方面军以茨维塔耶夫的第5突击集团军、列柳申科的第3近卫集团军和格列奇金的第28集团军进攻第聂伯河河畔尼科波尔前面的桥头堡。德军第6集团军几周前接管了第1装甲集团军转移到南方集团军群左翼时留下的那个军。到1月底，第6集团军编成内有第4、第17、第29、第30军以及第57装甲军，