Советские приготовления были замечены немцами за пять дней до начала операции. 12 августа немецкая разведка отметила необычную активность на аэродромах, а 13 августа – первые усиленные передвижения перед стыком XXIX и XVII армейских корпусов. Так же, как в июле, нелетная погода препятствовала работе немецкой воздушной разведки. Лишь 16 августа было обнаружено усиленное передвижение в районе Куйбышево – Ясиновский. В целом определенных данных, указывающих на скорое наступление, выявлено не было. В первую очередь это было связано с незначительным объемом перемещений войск. Никаких маршей десятков тысяч человек (2-й гвардейской армии), как это было перед июльской операцией, уже не требовалось. Наступление опиралось на те же войска, которые наступали месяцем ранее. Как написал немецкий штабист, «это было молодое вино из старых кожаных мехов». В целом можно сказать, что определенных данных о советском наступлении немецкой разведкой получено не было. Поэтому изрядно потрепанная 294-я пехотная дивизия не была сменена на занимаемых позициях кем-либо из соседей. Более того, когда 16 августа начали наступление войска левого крыла Юго-Западного фронта, из 6-й армии были изъяты и отданы 1-й танковой армии 16-я танкогренадерская и 23-я танковая дивизии. Штаб Холлидта пребывал в уверенности, что на фронте подчиненных ему войск будут только сковывающие удары незначительных масштабов.
Наступление началось.
18 августа, после 80-минутной артиллерийской и авиационной подготовки, в 7.15 части 5-й ударной, 2-й гвардейской и 28-й армий Южного фронта перешли в наступление. В полосе советского наступления оборонялись части 336, 294-й пехотных дивизий и правого фланга 306-й пехотной дивизии.Советская пехота атакует при поддержке танков
В полосе 5-й ударной армии наступление развивалось успешно. Удачно проведенная артиллерийская подготовка подавила и нарушила систему огня противника на переднем крае и в глубине. Сопротивление немцев было сломлено, и за первый день наступления войска армии, прорвав фронт обороны противника шириной 16 км на участке Дмитриевка – Куйбышево, продвинулись на глубину до 8 км и вышли на рубеж Дмитриевка, Мариновка, Калиновка, р. Ольховчик. Оборона 294-й пехотной дивизии была полностью смята. Можно даже сказать, что 614-й пехотный полк и 294-я пехотная дивизия прекратили свое существование.
В 23.00 с рубежа Калиновка, Елизаветинский в прорыв был введен 4-й гвардейский механизированный корпус с задачей овладеть районом Колпаковка и не допустить занятия противником рубежа реки Крынки. Не встречая серьезного сопротивления, корпус к утру 19 августа выполнил свою задачу: вышел в район Артемовка, Надежный, Колпаковка и закрепился на нем.
В полосе 2-й гвардейской армии наступление развивалось менее успешно. Артиллерийская подготовка атаки существенных результатов не дала. Недостаточно изученная в подготовительный период система обороны противника подавлена не была. Армия в первый день наступления, ведя ожесточенные бои с противником, прочно удерживавшим командные высоты восточнее Ново-Бахмутского, колх. Густафельд, продвинулась на 1–2 км, незначительно вклинившись в передний край главной оборонительной полосы противника. Меньше пострадавшая в июльских боях 336-я пехотная дивизия XXIX армейского корпуса удержала первый удар на позициях между Петропольем и Берестовом. 28-я армия, успех которой главным образом зависел от действий правого соседа, оставалась к исходу первого дня на прежнем рубеже, так как была не в состоянии преодолеть организованную оборону противника одной стрелковой дивизией первого эшелона.
В первый день операции 8-я воздушная армия выполнила 919 самолето-вылетов, причем более 50 % из них – на атаку войск противника на поле боя. Следует отметить, что широко использовалось перенацеливание штурмовиков, уже находящихся в воздухе, авиационными представителями на командных пунктах наземных войск. Противодействие противника было достаточно слабым – за день было отмечено лишь 350 самолето-пролетов. Собственные потери составили 12 самолетов (3 истребителя, 8 штурмовиков и 1 дневной бомбардировщик).