Вызывали сомнение возможности эффективного огневого поражения врага. Каледин вместе с исполнявшим обязанности инспектора артиллерии армии генерал-майором М. В. Ханжиным долго ломали головы над решением этой задачи. Ограниченное количество тяжелой артиллерии при большой ширине участка прорыва армии не позволяло использовать ее централизованно. В то же время распределение батарей между корпусами первого эшелона не позволяло командующему армией эффективно влиять на ход операции огнем. Поэтому было решено все имевшиеся тяжелые орудия придать корпусам, наступавшим на направлении главного удара.
Огневое поражение противника должно было проходить в форме «артиллерийской атаки», включавшей артиллерийскую подготовку и поддержку наступающей пехоты и конницы. Артиллерийскую подготовку планировалось проводить в течение почти 30 часов методическим огнем по заранее выявленным целям на глубину первой позиции и по проволочным заграждениям противника. Артиллерийская поддержка атаки предусматривалась подвижным и неподвижным заградительным огнем. Для введения противника в заблуждение относительно времени начала атаки предполагались ложные переносы огня с переднего края обороны в глубину и в стороны флангов.
При подготовке к наступлению Каледин большое внимание уделил воспитательной работе среди личного состава, часть которого была поражена пацифистскими настроениями, а часть после тяжелых оборонительных боев 1915 года потеряла уверенность в победе. Чтобы поднять боевой дух войск, Алексей Максимович предпринял ряд поездок в соединения и части, где лично выступал перед солдатами и офицерами. Кроме того, он решил воздействовать на религиозные чувства подчиненных, для чего пригласил к себе военных священников всех религий: православной, католической и мусульманской. Командующий армией поставил перед ними задачу провести богослужения во всех полках, нацелив верующих на победу над врагом.
22 мая 1916 года в 4 часа утра во всей полосе 8-й армии началась артиллерийская подготовка наступления. На ряде участков проволочные заграждения и окопы противника были полностью разрушены артиллерийским огнем. По образовавшимся проходам группы охотников из корпусов первого эшелона проникли на австрийские позиции, где захватили пленных и вооружение. К ночи командиры корпусов доложили о готовности атаки с утра следующего дня. Несмотря на это, Каледин приказал продолжать артиллерийскую подготовку, применив подсветку местности прожекторами, что не позволило австрийцам в течение ночи восстановить разрушения своей обороны.
Правда, действия русской артиллерии позволили австрийскому командованию установить подготовку наступления и его вероятный размах. Но оно было настолько уверено в прочности своей обороны, что не предприняло действенных ответных мер. Вечером того же дня в приказе войскам генерал Линзинген писал: «Численность противника и сравнительно небольшие потери наших войск, нанесенные огнем его артиллерии, не обещают русским успеха».
В отличие от надменного австрийца Каледин был совершенно другого мнения. На рассвете 23 мая русская артиллерия вновь обрушила на австрийские окопы шквал огня. В 9 часов пехотные дивизии 8-й армии поднялись в атаку и вскоре овладели первой вражеской позицией. Наибольшего успеха добилась 4-я стрелковая дивизия 40 корпуса, которой командовал генерал-майор А. И. Деникин. К исходу дня она полностью разгромила противостоявшую ей 2-ю пехотную дивизию противника и захватила 4588 пленных, 29 орудий и 26 пулеметов. В целом же соединения 40 армейского корпуса генерала Н. А. Кашталинского в тот день захватили в плен более 6000 солдат и офицеров противника.
На следующий день войска 8-й армии продолжили наступление с прежней энергией. Противник начал отход. Установив его, Алексей Максимович потребовал от командиров корпусов перейти к преследованию врага. Он намеревался вести его с крайним напряжением сил, чтобы добить противника на Стыри и захватить переправы. Войска армии, выполняя этот приказ, устремились вперед, преодолевая местами сопротивление частей врага. При этом снова отличилась дивизия А. И. Деникина, которая, разгромив арьергард противника, в ночь на 26 мая с ходу форсировала реку Стырь и овладела плацдармом на ее противоположном берегу. За этот день ее части продвинулись на запад на 14 километров, захватив до 4,5 тысячи пленных. Потери соединения составили 158 человека убитыми и 1203 ранеными.