Замыслом командования Юго-Западного фронта (главнокомандующий – генерал Н. И. Иванов, начальник штаба – генерал М. В. Алексеев) было предусмотрено окружение и уничтожение основных австро-венгерских сил сходящимися ударами российских 3-й и 5-й армий из районов Холм и Дубно на Львов. При этом 4-я и 8-я армии обеспечивали их наступление с запада и с юга.
Австро-венгерское командование (главнокомандующий – эрцгерцог Фридрих, начальник штаба – фельдмаршал Франц Конрад фон Хетцендорф) планировало разгром правого крыла Юго-Западного фронта силами своих 1-й (генерал Виктор Данкль) и 4-й (генерал Мориц Ауффенберг) армий, наносивших главный удар на Люблин и Холм, – при поддержке армейской группы барона Генриха Куммер фон Фалькенфехда и германского ландвера генерала Ремуса фон Вой+рша. Правый фланг этой группировки обеспечивали австро-венгерская 3-я армия (генерал Рудольф Риттер фон Брудерман) и армейская группа генерала Германа фон Кевеса, а с 10 (23) августа и 2-я армия.
Соотношение сил к началу операции было таким: российские войска – около 1 000 000 человек при 2598 орудиях, австро-венгерские войска – 830 000 человек при 2082 орудиях.
С 5 (18) августа по 21 августа (3 сентября) были проведены Люблин-Холмская и Галич-Львовская операции, которые начались сближением войск, переросшим во встречное сражение на фронте в 320 километров. В ходе этого сражения австро-венгерские 1-я и 4-я армии нанесли поражение российским 4-й (генерал А. Е. Зальца) и 5-й (генерал П. А. Плеве) армиям под Красником и Томашовом, вынудив их отойти на Люблин, Холм и Владимир-Волынский.
Однако, встретив упорное сопротивление российских войск, противник понес тяжелые потери, и наступление замедлилось.
Российская 3-я (генерал Н. В. Рузский) и 8-я (генерал А. А. Брусилов) армии левого крыла Юго-Западного фронта 13–15 (26–28) августа разбили 3-ю армию противника на реке Золотая Липа.
В сражении на реке Гнилая Липа 16–19 августа (29 августа – 1 сентября) российская 3-я армия прорвала фронт противника у Перемышля, а 8-я армия успешно отразила контрудар 2-й австро-венгерской армии.
Правое крыло австро-венгерских войск начало отход на позиции западнее Львова.
20 августа (2 сентября) российские войска заняли Галич, а 21 августа (3 сентября) – Львов.
В связи с этим генерал Эрих Людендорф в своих воспоминаниях написал:
«В Галиции обстановка уже складывалась неблагоприятно. Главные силы русских двинулись против австро-венгерских армий и в конце августа разбили их восточнее Львова. К началу войны австро-венгерская армия была далеко не совершенным орудием для боя. Если бы мы перед войной действительно имели агрессивные намерения, мы должны были бы настаивать, чтобы Австро-Венгрия усовершенствовала свои вооруженные силы. Также надо было бы развить железнодорожную сеть, которая являлась абсолютно неудовлетворительной».
Австро-венгерское командование, оставив против 5-й российской армии слабый заслон, перебросило 4-ю армию на юг. В сражении 23–30 августа (5–12 сентября) австро-венгерские войска пытались разбить 3-ю и 8-ю российские армии. Им удалось достичь незначительного успеха (потеснить 8-ю армию), но в это время обстановка на левом крыле австро-венгерского фронта резко ухудшилась. К оборонявшимся 4-й и 5-й армиям подошли крупные подкрепления (9-я армия генерала П. А. Лечицкого, сформированная уже во время битвы). Соответственно, 22 августа (4 сентября) все три армии перешли в наступление, кульминация которого наступила 26 августа (8 сентября), когда гвардейские соединения российской 4-й армии прорвали австро-венгерский фронт у Тарнавки.
В этот день погиб автор первой в мире «мертвой петли» штабс-капитан П. Н. Нестеров, впервые в истории авиации применив воздушный таран.
Генерал-квартирмейстер штаба 3-й армии М. Д. Бонч-Бруевич, ставший свидетелем гибели Нестерова, оставил нам следующие воспоминания:
«Самолет Нестерова, круто планируя, устремился на австрийца и пересек его путь; штабс-капитан как бы протаранил вражеский аэроплан, – мне показалось, что я отчетливо видел, как столкнулись самолеты.
Австриец внезапно остановился, застыл в воздухе и тотчас же как-то странно закачался; крылья его двигались то вверх, то вниз. И вдруг, кувыркаясь и переворачиваясь, неприятельский самолет стремительно полетел вниз, и я готов был поклясться, что заметил, как он распался в воздухе.
Какое-то мгновение все мы считали, что бой закончился полной победой нашего летчика, и ждали, что он вот-вот благополучно приземлится. Впервые примененный в авиации таран как-то ни до кого не дошел. Даже я, в те времена пристально следивший за авиацией, не подумал о том, что самолет, таранивший противника, не может выдержать такого страшного удара. В те времена самолет был весьма хрупкой, легко ломающейся машиной.