Для авиационной поддержки ударных группировок войск были созданы 2 оперативные авиационные группы: первая северная в составе 4 авиационных корпусов, и вторая - центральная в составе 5 авиационных корпусов.

Соотношение сил и средств было в пользу войск РККА по людям в 2,5 раза, по орудиям и минометам в 3 раза, по танкам и САУ в 3,8 раза, по самолетам в 6 раз.

Особое значение для успеха наступления имело достижение внезапности. Командование фронта, армий и их штабы уделяли большое внимание скрытности всех мероприятий по подготовке операций. Одним из таких крупных мероприятий явилось оперативная маскировка, имевшая цель дезориентировать противника относительно районов сосредоточения ударных группировок и направлений их ударов. Так, с целью введения противника в заблуждение было организовано разглашение информации о подготовке основного удара на станиславском направлении. Основной план операции предусматривал начало основного удара только на третий день после нанесения отвлекающего удара.

Несмотря на принятые меры маскировки, немецкому командованию через свою агентуру в СССР всё же удалось установить перегруппировку наших войск и районы их сосредоточения, однако опыт офицеров польской армии был насколько малым, что, даже получив от своих союзников информацию о готовящейся масштабной операции поляки ничего противопоставить действиям наших войск не смогли.

После прорыва обороны одновременно на двух участках, противостоящая вражеская группа войск была рассечена и блокирована специально выделенными для этого дивизиями, а основные силы продолжили вклинение, на польскую территорию нанося удар по сходящимся направлениям с целью окружения и уничтожить противника в районе Бродов. Затем, развивая успех и обходя Львов с северо-запада и юго-запада, наши войска вынудили противника вывести свои войска из готовящегося котла, результатом чего стало занятие полупустого города Львов.

В ходе этой операции удалось окружить, а затем уничтожить бродскую, львовскую и рава-русскую группировки противника, освободить города Львов, Раву-Русскую, Перемышль, Станислав и ряд других населённых пунктов.

На втором этапе операции 17 января 1941 года наши войска сосредоточивая усилия на своем правом крыле, стремительно вышли к Висле, форсировали ее с ходу и захватили плацдармы на западном берегу, а отдельные части конно-механизированной группы РККА захватили Карпатские перевалы.

К исходу 24 января южный плацдарм был расширен до 50 км по фронту и 20 км в глубину. Учитывая развитие наступления войск РККА по двум расходящимся направлениям (сандомирскому и карпатскому) противник собрал все имеющиеся резервы и перебросил их в район Сандомира, после чего поляки нанесли несколько сильных контрударов с целью ликвидировать сандомирский плацдарм.