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11月15日，德军第四十八装甲军开始集中兵力进攻基辅突出部苏军的左翼，这使苏军感到有些意外。
11月17日，德军第一装甲师和“莱布什坦达特”装甲师推进到铁路线附近，苏军被迫向东北撤退。“莱布什坦达特”装甲师驻守阵地，从东面掩护主力进攻。第一装甲师、第七装甲师和第六十八步兵师进攻日托米尔。当晚，德军第一和第七装甲师便突入日托米尔。当时，苏军已经收缩防线，将大量部队集中在布鲁西洛夫一带。
同日，苏军近卫骑兵第一军、近卫坦克第五军、近卫坦克第八军向科罗斯提谢夫和布鲁西洛夫发动猛烈进攻，均被德军击退。德第四十八装甲军向3个苏军近卫军发动了钳形攻势。德军第十九装甲师从南面进攻，“莱布什坦达特”装甲师从西面进攻布鲁希洛夫，德军第一装甲师沿日托米尔-基辅铁路线发动进攻，第七装甲师奉命迂回到拉道米什尔，从正面向北防御。
德军“莱布什坦达特”装甲师向布鲁西洛夫发动的正面攻势严重受挫，这是该师在二战战场上第一次没有完成任务。两翼的德军推进比较顺利。德军第七装甲师完成了进攻任务，第一装甲师揳入苏军的后方，第十九装甲师尽管连续作战，早已疲劳不堪，仍然在右翼突破了苏军的防线，击毁了苏军16辆坦克和36门反坦克炮，而德军只有4人战死。
按照德军第四十八装甲军军长巴克尔的计划，第一装甲师和第十九装甲师应继续向前推进，彻底封闭对苏军3个近卫军的包围圈。然而，由于兵力不足，难以实现这一美好的企图。
11月20日晚，德军的进攻被迫停顿下来，无法向前推进一步。军长巴尔克听说第一、第十九装甲师停滞不前、苏军趁机建立新防线后，大发雷霆。他命令第一装甲师和第十九装甲师于11月21日晚继续发动进攻，其先头部队应于21时会师，彻底封闭对苏军的包围圈。
11月24日，德军第四十八装甲军俘虏了大量苏军，缴获了150多辆坦克、70门火炮和250门反坦克炮，却无力取得彻底胜利，因为苏军被围兵力具有压倒性的优势。当天夜间，苏军很多部队冲出了包围圈。德军只能眼睁睁地看着苏军突围，因为他们无力封锁合围圈中被苏军撕开的缺口。
苏军在布鲁西洛夫以东一带建立了强大的新防线。道路泥泞，德军无法对布鲁西洛夫发动进攻。苏军还在布鲁西洛夫以东集结了强大的坦克部队。另外，撤出日托米尔的苏军余部和第六十集团军在日托米尔-拉道梅什尔公路以北建立了新防线。苏军第六十集团军做了周密准备，布鲁西洛夫的苏军一旦开始攻打德军第四十八装甲军的正面，第六十集团军就攻打其左翼。
11月26日，天气突然变冷，道路上泥雪横流，坦克难以行驶。德军第四十八装甲军进攻基辅的计划只得撤销。第四十八装甲军在布鲁西洛夫取得了丰硕的战果，却无力赢得更大的胜利。因为德军迂回前往日托米尔浪费了很多时间，这样就给了3个苏联近卫军喘息的机会。
11月30日，德军第四十八装甲军收到突击日托米尔-拉道梅什尔公路一带苏军的命令，要求该军从西向东发动进攻。其实，德军的这一突袭行动执行起来非常困难，军长巴尔克立即研究了第十三军的几个步兵师和警卫师防守的日托米尔-拉道梅什尔一带的情况。此时，第十三军与苏军第六十集团军形成对峙。巴尔克无法了解日托米尔以北和以西的苏军第六十集团军的情况。苏军第六十集团军防线没有什么间隙，绵亘的防线一直向北延伸。苏军防线中的间隙是由其游击队掩护的。苏军的伪装工作做得很好，德军的空中侦察失去了作用。关键是，巴尔克不能出动地面侦察，因为他怕苏军第六十集团军判断出他将要发起的进攻。科罗斯田和日托米尔一带的桥梁都被苏军炸毁了，这无疑增加了德军进攻的难度。
12月5日，德军第四十八装甲军军长巴尔克派出一些装甲工兵秘密抢修桥梁和道路，以便让第七装甲师顺利通过。巴尔克不准工兵靠近日托米尔-科罗斯田公路，以免被苏军发现。
12月6日6时，德军冲上了日托米尔-科罗斯田公路，突然发现苏军沿着公路竟有一道防线。苏军虽然具有压倒性优势，但是没有防备。苏军正在准备一次大规模的进攻，修建了错综复杂的道路网。德军趁机深深地插入了苏军阵地，推进速度很快。苏军第六十集团军低估了德军的进攻兵力。后来，苏军指挥部焦虑起来，无线电呼叫陷入一片混乱。中午时分，德军便击溃了苏军第六十集团军。
12月7日晚，德军“莱布什坦达特”装甲师攻入苏军防线。由于燃油用尽，该师无法继续扩大战果。德军第一装甲师一直推进到帖切列夫河。德军第七装甲师歼灭了伊尔沙河岸马林登陆场的苏军，两天后又歼灭了两岸附近的苏军。德军第十三军的各步兵师趁机在装甲部队后面占领了阵地。苏军第六十集团军彻底垮了，德军缴获了苏军庞大的弹药堆积站。
德军第四十八装甲军要想以现有兵力继续发动进攻困难重重甚至有进攻不成反被歼灭的风险。于是，军长巴尔克向第四装甲集团军司令劳斯建议把装甲部队撤出来，进行休整，以便为日后的进攻做好准备。巴尔克的计划是掉头向西迂回攻击马林的苏军。
德军第四十八装甲军在撤退前，必须先掩护好第十三军。巴尔克决定用进攻来掩护第十三军。苏军在帖切列夫河以西的拉道梅什尔地区拥有登陆场，德军第一装甲师和“莱布什坦达特”装甲师向该登陆场发动了进攻，并歼灭了苏军3个半师。德军还重创了前来增援的苏军部队，缴获30多辆坦克和200多门反坦克炮。
12月14日，德军又向东发动了突击，扫清了拉道梅什尔以北的另一个苏军登陆场。随后，德军装甲部队立即撤退。德军第十三军在帖切列夫河和伊尔沙河建立了新的防线。苏军面对这些到处流窜作战的德军装甲部队，有些手忙脚乱。
12月16日9时，德军第一装甲师和“莱布什坦达特”装甲师按计划进入出发阵地。接着，德军30个炮兵连和1个迫击炮旅开始集中轰击对面的苏军，2个装甲师的坦克冲在前面，其步兵部队紧随其后。随着坦克群的快速推进，德军炮兵连和迫击炮旅前移到步兵部队所在地。德军突破苏军阵地后，立即向苏军的后方纵深迂回突进。德军第七装甲师的进展十分顺利。接下来的几天，德军第一、第七、“莱布什坦达特”装甲师全力向前突击，企图将大批苏军包围在麦列尼地域。德军第七装甲师与苏军展开激战，“莱布什坦达特”装甲师摧毁了苏军大量坦克。