В период подготовки операции были приняты меры по созданию необходимых запасов материально-технических средств и приближению частей и учреждений тыла к войскам. К началу наступления войска 3-го Украинского фронта имели 2—2,5 боекомплекта боеприпасов, 2—2,5 заправки горючего, 10—15 сутодач продовольствия, войска 4-го Украинского фронта — 1,5—2 боекомплекта боеприпасов и до 2 заправок горючего.

При подготовке операции войсками 3-го Украинского фронта большое внимание уделялось достижению внезапности наступления и скрытию от противника направления главного удара. С этой целью наступление готовилось в условиях строжайшего сохранения тайны, все перегруппировки производились в ночное время, имитировались ложные сосредоточения войск. С этой же целью наступление на вспомогательных направлениях (37-я и 6-я армии) было решено начать на день раньше, чем на направлении главного удара.

К исходу 29 января войска 3-го Украинского фронта произвели необходимые перегруппировки и заняли исходное положение. Войска 4-го Украинского фронта также были приведены в боевую готовность.

В 6 часов 30 января 37-я армия, которой командовал генерал-лейтенант Шарохин М. Н., и 6-я армия, которой командой вал генерал-лейтенант Шлемин И. Т., перешли в наступление, отвлекая силы противника от направления главного удара, а с утра 31 января началось наступление войск главной ударной группировки 3-го Украинского фронта — 46-й и 8-й гвардейской армий. В короткий срок войска ударной группировки прорвали тактическую зону обороны врага, с хода преодолели третью полосу обороны противника по р. Каменка и 5 февраля овладели крупным железнодорожным узлом Апостолово. Вы: ходом в район Апостолово наши войска рассекли 6-ю немецкую армию на две части. Ее войска, действовавшие в районе Никополя, оказались охваченными с северо-запада и запада и изолированными от остальных своих войск, действовавших в районе Кривого Рога. Этим были созданы предпосылки для окружения группировки врага в районе Никополь.

31 января, после проведенной накануне разведки боем, перешли в наступление и войска 4-го Украинского фронта. Наибольшего успеха достигла в этот день 5-я ударная армия — командующий генерал-полковник Цветаев В. Д., — в полосе которой и был введен 2-й гвардейский механизированный корпус. К исходу первого дня войска армии продвинулись на 11 км и создали угрозу расчленения группировки противника, действовавшей на плацдарме южнее Никополя.

Из района Апостолово 46-я армия 3-го Украинского фронта начала развивать удар на запад в направлении Широкое, а 8-я гвардейская армия — на юго-восток в сторону днепровских плавней с целью окружения группировки противника в районе Никополя.

Однако к 5 февраля войска 8-й гвардейской армии растянулись на широком 65-километровом фронте. Вследствие этого ударная сила войск ее правого фланга для завершения окружения противника оказалась недостаточной. Кроме того, часть артиллерии армии из-за распутицы отстала от пехоты.

Немецко-фашистское командование, учитывая серьезную угрозу удара советских войск в направлении днепровских плавней, начало поспешно отводить свои войска с никопольского плацдарма и бросать их в бой против правофланговых соединений 8-й гвардейской армии. Сюда же была подведена 24-я танковая дивизия, первоначально направленная из 6-й армии в состав 8-й армии в район Корсунь-Шевченковский, но с полпути возвращенная обратно. Контратаками пехоты и танков немецко-фашистскому командованию удалось остановить наступление войск правого фланга 8-й гвардейской армии и сохранить за собой дорогу вдоль правого берега Днепра, по которой были выведены на запад остатки вражеской группировки, действовавшей в районе Никополя. Эта группировка противника понесла тяжелые потери. Вся артиллерия, танки и автотранспорт были либо захвачены советскими войсками, либо уничтожены нашей артиллерией и авиацией.

8 февраля войсками 3-го Украинского фронта при содействии войск 4-го Украинского фронта был освобожден крупный промышленный центр Украины — Никополь. В тот же день войска 4-го Украинского фронта закончили ликвидацию противника на никопольском плацдарме, а затем форсировали Днепр в районе Мал. Лепетиха и с ожесточенными боями захватили на правом берегу реки плацдарм, обеспечивавший возможность развертывания дальнейшего наступления.

Освободив от противника район Никополя, войска обоих фронтов приступили к подготовке дальнейшего наступления с целью разгрома вражеской группировки в районе Кривой Рог и выхода на р. Ингулец. Войска правого крыла 3-го Украинского фронта в составе 37-й и 46-й армий ударами с северо-востока и юго-востока в общем направлении на Кривой Рог должны были разгромить противника в этом районе и овладеть городом. На войска левого крыла фронта в составе 8-й гвардейской и 6-й армий возлагалась задача во взаимодействии с 5-й ударной армией 4-го Украинского фронта разгромить противника в районе юго-западнее Апостолово.

17 февраля войска 37-й и 46-й армий перешли в наступление в указанных направлениях и 22 февраля овладели крупным промышленным центром Украины и важным опорным пунктом обороны противника г. Кривой Рог. В течение следующих двух — трех дней 37-я и 46-я армии выдвигались на рубеж р. Ингулец и вели борьбу за захват плацдармов на ее западном берегу.

На левом крыле фронта 8-я гвардейская и 6-я армии, произведя перегруппировку, 25 февраля возобновили наступление в западном и юго-западном направлениях и к исходу 29 февраля вышли к р. Ингулец.

26 февраля перешла в наступление в юго-западном направлении 5-я ударная армия 4-го Украинского фронта, нанося удар с плацдарма, занимаемого ею на правом берегу Днепра, и к 29 февраля достигла рубежа Ново-Архангельское, (иск.) Дудчино.