Первоначально срок начала наступления был назначен на 4 октября, однако ввиду недостатка боеприпасов и непрерывных контратак противника наступление откладывалось до 12 октября. Наконец в 7.00 12 октября наступление началось с 40-минутной артиллерийской подготовки. Незначительные размеры букринского плацдарма и недостаток тяжелых переправочных средств не позволяли использовать основную массу артиллерии на правом берегу реки. Огонь же артиллерии с левого берега вследствие плохих условий наблюдения оказался малоэффективным. Кроме того, резко пересеченный холмистый характер местности в районе букринского плацдарма, изрезанной длинными оврагами с отвесными стенами, затруднял использование танков. Плацдарм располагал лишь несколькими проселочными дорогами, идущими в сторону противника, которые проходили у краев обрывов или в узких промоинах. Каждый из корпусов 3-й гвардейской танковой армии мог использовать лишь 1–2 таких дороги. На направлениях наступления корпусов можно было развернуть одновременно не более одной танковой роты. Наступление успеха не имело и было приостановлено уже 16 октября.

Новое наступление с букринского плацдарма началось утром 21 октября. Прорыв обороны противника теперь предполагалось осуществить сосредоточением усилий в полосе 40-й армии. Однако противник, вскрыв сосредоточение советских танков на плацдарме, значительно усилил противотанковую оборону. На подступы к плацдарму была подтянута дивизия СС «Рейх». Попытки развить наступление 21–22 октября успеха не имели. Намерение командующего фронтом провести в конце октября третье наступление с букринского плацдарма было отменено.

Наступление 60-й и 38-й армий с плацдармов севернее Киева в период с 11 по 17 октября также успеха не принесло и завершилось лишь некоторым расширением плацдармов.

В противоположность неудаче наступлений Воронежского фронта действия войск Степного и Юго-Западного фронтов были более успешными. К середине октября войска Степного фронта завершили подготовку к наступлению на криворожском направлении. На левом крыле фронта, между Куцеваловкой и Верхне-Днепровском, на неглубоком, но широком по фронту плацдарме были развернуты войска 5-й гвардейской, 37-й, 7-й гвардейской и 57-й армий, а также один механизированный корпус. За этими армиями были сосредоточены прибывшие из резерва Ставки 5-я гвардейская танковая армия и 7-й механизированный корпус.

Ударная группировка Степного фронта перешла в наступление 15 октября, нанося главный удар в направлении Пятихаток, Кривого Рога. Операция развивалась успешно. Немецкая оборона на стыке 47-го танкового и 52-го армейского корпусов 1-й танковой армии была взломана. В прорыв были введены подвижные войска — 5-я гвардейская танковая армия (два танковых и один механизированный корпуса) и два отдельных механизированных корпуса. К 23 октября советские войска расширили прорыв до 70 км по фронту и развили его на глубину около 100 км. Танковые и механизированные части к этому времени продвинулись к Кривому Рогу и в район Митрофановки (30 км восточнее Кировограда). Части 18-го танкового корпуса с десантом пехоты с налету ворвались в Кривой Рог, но, будучи контратакованы сильной танковой группировкой противника, закрепиться в городе не смогли.

С 20 октября Воронежский, Степной, Юго-Западный и Южный фронты были переименованы соответственно в 1, 2, 3-й и 4-й Украинские фронты.

23 октября перешли в наступление войска правого крыла 3-го Украинского фронта. Ликвидация запорожского плацдарма противника на левом берегу позволила войскам Юго-Западного (3-го Украинского) фронта сосредоточить все свои усилия на борьбе за расширение плацдарма на правом берегу Днепра, в районе Днепропетровска. На плацдарме помимо 46-й армии была развернута 8-я гвардейская армия, перегруппированная из района Запорожья.

Наступление войск 3-го Украинского фронта на правобережье развивалось успешно. Уже 25 октября войска фронта при содействии левого крыла 2-го Украинского фронта овладели Днепропетровском и Днепродзержинском — важнейшими промышленными районами и крупными узлами обороны врага в излучине Днепра. С 25 по 28 октября войска фронта продвинулись на глубину до 50 км и вышли на рубеж Щорск, Лозоватка, Звонецкое.

Немецкое командование принимало все меры для сдерживания дальнейшего продвижения советских войск на криворожском направлении. С потерей Кривого Рога, а также района Никополя противник лишался важных экономических районов — богатейших запасов железной и марганцевой руды. Также имелись соображения оперативного характера. Манштейн позднее писал: «Дальнейшее продвижение противника должно было привести к тому, что 1-я танковая армия будет отрезана в восточной части Днепровской дуги. Эта последняя опасность для командования группы армий была наиболее угрожающей»[104].

Обеспокоенный серьезными успехами советских войск, противник начал спешно перебрасывать к Кривому Рогу войска, прибывавшие на Украину из Западной Европы, а также часть сил и с соседних участков фронта. ОКХ выделило для группы армий «Юг» две пополненные танковые дивизии, а также были обещаны еще три другие танковые дивизии. С фронта в районе Канева и Запорожья были сняты еще несколько соединений. С 24 по 28 октября разгорелись ожесточенные бои в районе Кривого Рога и восточнее Кировограда. Выдвинувшиеся в район Кривого Рога войска 37-й и 5-й гвардейской танковой армий оказались под воздействием фланговых ударов противника и вынуждены были отступить на р. Ингулец и перейти к обороне. Попытки вражеского командования в период с 28 октября по 2 ноября развить контрудар успеха не имели.

Успешные действия войск под командованием И. С. Конева были поставлены в пример Н. Ф. Ватутину и Г. К. Жукову в директиве Ставки ВГК № 30232 об уточнении плана операции по овладению Киевом:

«1. Ставка Верховного Главнокомандования указывает, что неудача наступления на Букринском плацдарме произошла потому, что не были своевременно учтены условия местности, затрудняющие здесь наступательные действия войск, особенно танковой армии.

Ссылка на недостаток боеприпасов неосновательна, так как Степин[105], имея не больше боеприпасов, чем Николаев[106], но правильно используя свои войска и действуя на несколько более благоприятной местности, успешно выполняет свою задачу»[107].

Директива предписывала провести перегруппировку войск 1-го Украинского фронта: «3-ю гвардейскую танковую армию Рыбалко перевести на участок фронта севернее Киева, используя ее здесь совместно с 1-м гвардейским кавкорпусом». По новому плану главный удар Воронежский фронт теперь наносил с лютежского плацдарма. 38-я армия должна была нанести удар с лютежского плацдарма в южном направлении в обход Киева с запада. 3-я гвардейская танковая армия с 1-м гвардейским кавкорпусом должна была войти в прорыв в полосе 38-й армии и развивать наступление в юго-западном направлении с задачей выйти в район Фастов, Белая Церковь, Гребенки. Переданная из состава Центрального фронта 60-я армия наносила удар в направлении Ровы, Дымер и далее на юг, между реками Здвиж и Ирпень, обеспечивая действия 38-й армии в районе Киева. 40-я и 27-я армии наносили сковывающий удар с букринского плацдарма. Начало наступления было намечено на 1–2 ноября.