В сентябре 1915 года противник, вводя в бой все новые войска, старался охватить правый фланг 8-й армии. Чтобы облегчить положение соседнего с дивизией 30-го корпуса, возглавляемого гeнералом от инфантерии А. М. Зайончковским, А. А. Брусилов отдал распоряжение Деникину отвлечь на себя неприятельский огонь, для чего в течение всей ночи вести стрельбу всеми батареями «Железной дивизии». Антон Иванович не одобрил это решение, поскольку оно приводило к большому расходу имевшегося в ограниченном количестве запаса артиллерийских снарядов. С чувством досады он все же приступил к выполнению этого приказа. К утру положение дивизии ухудшилось. Спасая других, Деникин вызывал на себя всю силу удара вражеского огня. Он пригласил к себе командиров полков и, обрисовав возможное развитие обстановки с трагическим исходом, сказал: «Наше положение пиковое. Нам ничего не остается, как атаковать врага». Предпринятая атака оказалась неожиданной для противника. Вскоре он был выбит из близлежащих укреплений. Не давая противнику опомниться, русские солдаты на его плечах ворвались в Луцк и к рассвету заняли город. «Железная дивизия» захватила в плен 158 офицеров и 9973 солдата, то есть количество, равное ее численности. За взятие Луцка А. И. Деникин был произведен в генерал-лейтенанты.
Не менее героический поступок дивизия совершила в октябре этого же года, когда между Западным и Юго-Западным фронтами образовался разрыв шириной около 60 километров. В него устремились немецкие войска. Они заняли Чарторийск. С целью снятия угрозы охвата противником правого фланга 8-й армии генерал Брусилов возложил на генерала Деникина задачу выбить врага из города.
В ночь на 16 октября «Железная дивизия» развернулась в боевой порядок против Чарторийска и Новоселок. В ту же ночь ее части переправились через реку Стырь и в течение трех суток совершили прорыв обороны противника на 18 километров по фронту и 20 километров в глубину. Приходилось сражаться, почти со всех сторон отражая вражеские контратаки. Боевой дух войск был очень высокий. Командир полка С. Л. Марков, впоследствии один из героев Белой армии, оказавшись с полком на труднейшем участке, доносил Деникину: «Очень оригинальное положение. Веду бой на все четыре стороны. Так трудно, что даже весело!»
Чарторийск был взят. Дивизия продолжала движение, очищая от противника близлежащие окрестности города. «Неприятно было пробуждение австрийцев, заночевавших в хуторах, – вспоминал очевидец этого боя Генерального штаба полковник Б. П. Сергеевский. – Только начинало светать, как леса кругом них ожили. И ожили каким-то невероятным для войны двадцатого века образом. С севера гремел, надвигаясь все больше и ближе, русский военный оркестр. На западе и юге ему вторили полковые трубы. И когда на опушку с трех сторон одновременно стали выходить русские колонны, – австрийская бригада стояла в строю впереди деревенских домишек, подняв руки вверх». В этом бою генерал Деникин проявил разумную смекалку. Прорвав оборону противника, он рисковал в любой момент быть отрезанным от своих войск и оказаться в окружении. В столь критической ситуации Антон Иванович, используя психологический эффект полковых трубачей и военного оркестра, воодушевлял своих солдат и офицеров, одновременно сбивал с толку противника, сея панику в его рядах.
Вторую половину октября дивизия провела в непрерывных боях, нанеся противнику значительный ущерб. Были пленены 126 офицеров, 5837 солдат, захвачено три орудия, пять пулеметов и два бомбомета. Потери дивизии были тоже немалыми. Они составили почти пять тысяч человек убитыми и ранеными.
Опираясь на результаты боевых действий дивизии, командир корпуса генерал-лейтенант С. Дальвиг дал Деникину короткую, но очень емкую по содержанию боевую характеристику: «Самостоятелен. Тверд. Лично храбр и смел в решениях. Проникнут духом активности и почина. В бою дивизией управляет мастерски. Действия его дивизии были блестящи. Выдающийся боевой генерал и офицер Генерального штаба. Заслуживает быстрого выдвижения вне очереди, прежде всего утверждения в занимаемой должности».
Тем временем наступил определенный перелом и в личной жизни Антона Ивановича. Ухудшилось здоровье у 72-летней Елизаветы Федоровны – матери Антона Ивановича. Ее возможная смерть пугала его одиночеством. Была, правда, у него еще одна привязанность в жизни – Ксения Васильевна Чиж, дочь одного из его сослуживцев. Он знал ее с первых дней рождения, видел ее ребенком, затем подростком, навещал в институте. Он наблюдал как она постепенно превращалась в очаровательную девицу. В минуты затишья на фронте все мысли 43-летнего мужчины были связаны с Асей Чиж.