25 мая I Конная армия сосредоточилась в районе Умани. К этому времени в I Конной насчитывалось более 16 тысяч бойцов при 304 пулеметах и 48 орудиях и 22 бронеавтомобиля, в состав армии входили четыре кавалерийские дивизии и один полк особого назначения.
29 мая на Украину началась переброска 25‑й Чапаевской дивизии под командованием И.С. Кутякова. Это была одна из сильнейших дивизий в Красной армии, в ней насчитывалось более 10 тысяч штыков и 3 тысячи сабель, 364 станковых и 175 ручных пулеметов и 52 орудия. На конец мая 1920 г. численность Чапаевской дивизии была сопоставима с численностью XII и XIV армий Юго-Западного фронта.
Еще в апреле 1920 г. на Юго-Западный фронт прибыла с Урала Башкирская кавалерийская бригада под командованием М. Муртазина и другие части.
С 15 апреля по 3 августа в распоряжение командования Юго-Западного фронта отправили более 23 тысяч винтовок, 586 пулеметов, 59 орудий, более 10,5 тысяч шашек, 46 самолетов, около 36 млн винтовочных патронов и более 110 тысяч комплектов обмундирования. В итоге к началу наступления командование Юго-Западного фронта располагало 245 орудиями.
28 мая, еще до подхода конницы, в бой вступила группа бронепоездов, приданная I Конной армии (№ 13, № 63 «Гибель контрреволюции», № 72 «Имени Николая Руднева», № 82 «Смерть Директории» и № 203).
В полдень красные бронепоезда ворвались на станцию Липовец и расстреляли польские батареи. Польский бронепоезд был поврежден и едва ушел.
На 29 мая дивизиям Конной армии была поставлена задача выйти на рубеж Татариновка — Борщаговка — Дзионьков — Плисков — Андрусово. 14‑я кавалерийская дивизия, продолжая следовать во втором эшелоне, должна была к концу дня 29 мая сосредоточится в районе Скибянцы Лесные — Кашпировка — Бурковцы. К концу дня 29 мая 4‑я кавалерийская дивизия достигла указанного ей района, при этом ее правофланговые части первыми вошли в соприкосновение с регулярной польской кавалерией, и наш 20‑й кавалерийский полк вступил в бой со 2‑м драгунским, 5‑м и 16‑м уланскими Познаньскими полками.
4‑я кавалерийская дивизия выбила поляков из местечка Ново-Хвастов, а затем атаковала местечко Дзионьков, занятое 1‑м батальоном 43‑го полка стрелков кресовых. Бой затянулся до поздней ночи. В этом деле приняли участие две бригады 11‑й кавалерийской дивизии, которым к вечеру 29 мая удалось овладеть заречной окраиной Дзионькова, отбросив поляков за реку.
5 июня I Конная армия перешла в решительное наступление. Главный удар пришелся на польскую 13‑ю пехотную дивизию и 3‑ю кавалерийскую бригаду генерала Савицкого. 3‑я бригада контратаковала красных, но была окончательно разбита. Кавалеристы Буденного прорвались к местечку Ружино. Командование 13‑й пехотной дивизии сформировало в районе села Зарудинцы ударную группу для противодействия прорыву в составе одного пехотного полка, одной батареи и отряда из пяти танков, только что прибывших в Погребище. Но Конная армия обошла Зарудницы с севера. 1‑й кавалерийской дивизии Корницкого было приказано следовать по пятам за Конной армией и ударить ей в тыл под Казатином. Но все это не привело к цели.
Польский фронт на Украине к концу дня 5 июня был фактически прорван I Конной армией на стыке 6‑й и 3‑й польских армий. 6 июня части Конной армии приступили к порче железнодорожного полотна на указанных им участках и к снятию небольших гарнизонов по линиям этих дорог.
К вечеру 6 июня Конная армия расположилась на ночлег в районе Белополье — Нижгурцы — Лебединцы по обе стороны железной дороги Киев — Ровно. Посчитав отход поляков на Бердичев паническим бегством, получив от пленных сведения, что в Житомире находится штаб армии (а на самом деле там находился штаб фронта) и имея сведения о первых признаках эвакуации Киева, Буденный решил 7 и 8 июня захватить важные железнодорожные узлы и административные центры Житомир и Бердичев. Выполнение этой задачи возлагалось на 4‑ю и 11‑ю кавалерийские дивизии.
На рассвете 7 июня 4‑я и 11‑я кавалерийские дивизии стремительно атаковали неприятеля. Житомир был захвачен после небольшого сопротивления местного гарнизона в тот же день в 18 часов. В Житомире части Конной армии освободили около пяти тысяч советских военнопленных и около двух тысяч комиссаров, находившихся в местной тюрьме.
Бердичев взять оказалось труднее. На улицах города завязались упорные бои, в результате поляки были выбиты из Бердичева, железнодорожная станция захвачена и разрушена и взорван польский склад боеприпасов, на котором находилось около миллиона артиллерийских снарядов.