沃罗涅日方面军原计划在8月27日转入进攻。由于中央方面军在基辅方向上的胜利进攻，对防守在沃罗涅日方面军和草原方面军正面的德军第8集团军和第4装甲集团军构成威胁，加之不久前沃罗涅日方面军在阿赫特尔卡地区击退了德军的反突击，德军为免遭合围，便于8月25日开始从阿赫特尔卡突出部撤退。战场形势的变化促使沃罗涅日方面军右翼部队提前于25日转入追击，于当天解放了阿赫特尔卡，并向前推进15至20公里。9月2日，右翼部队解放了苏梅，继而向罗姆内、朴里卢基和基辅进攻。方面军左翼部队与草原方面军配合，在哈尔科夫西南进行战斗。9月10日，方面军各部队突破了罗姆内东南的德军防线，3天后在宽大正面强渡了苏拉河。9月21日，加强给沃罗涅日方面军的近卫第3坦克集团军先遣支队，在布克林附近强渡第聂伯河，并夺取1个登陆场。22日，方面军突击集团第40、第27、第47集团军利用坦克集团军的战果也开始了强渡行动。
草原方面军的情况与前两个方面军不同，它在8月底以前在哈尔科夫以西和西南进行了多次战斗，在解放哈尔科夫以后，应向克拉斯诺格勒、上第聂伯罗夫斯克方向继续进攻，并前出到第聂伯河。但是，德军调来15个师，竭尽全力阻止苏军在该方向上的进攻。草原方面军在打退德军反突击后，直到9月初才向克拉斯诺格勒、上第聂伯罗夫斯克方向展开进攻。9月6日，苏军最高统帅部调整了该方面军的任务，令其向波尔塔瓦和克列缅丘格方向实施主要突击，阻止德军在该方向上建立稳固的防线。到9月20日，方面军在追击敌人过程中，前出到距第聂伯河70～120公里处。23日，解放了波尔塔瓦，6天后又解放了克列缅丘格。到9月底，草原方面军已全线推进到第聂伯河，肃清了东岸的德军，并准备强渡第聂伯河。
当苏军沃罗涅日方面军和草原方面军在阿赫特尔卡和哈尔科夫地域进行战斗时，西南方面军于8月13日从伊久姆地域向巴尔文科沃方向展开了进攻。但8月份进展不大，仅扩大了伊久姆地域北顿涅茨河右岸的登陆场。
乌克兰第一方面军司令员瓦图京大将在基辅前线8月18日，南方面军各兵团在伏罗希洛夫格勒西南地域发起进攻。南方面军第5突击集团军和近卫第2集团军突破了德军米乌斯河一线的防御。近卫第4机械化军和近卫第4骑兵军组成的方面军骑兵机械化集群，前出到亚速海沿岸地区，切断了塔甘罗格防御之敌的退路。8月23日，苏军解放阿姆夫罗西耶夫卡，尔后继续向南发展进攻。8月30日，解放塔甘罗格。这样，南方面军就在顿涅茨克、阿姆夫罗西耶夫卡和塔甘罗格湾之间的德军防线上打开了一个缺口。9月初，西南方面军左翼部队在伊久姆东南的北顿涅茨河地区重新发起进攻，突破了德军第1装甲集团军的防线。这样，两个方面军的进攻很快汇合成一个强大的突击。德军南方集团军群担心被包围，遂于8月31日开始把第6集团军和第1装甲集团军右翼撤往戈尔洛夫卡、日丹诺夫一线的后方预设阵地，而以后卫部队顽强抵抗。9月8日，苏军南方面军粉碎德军后卫部队的抵抗，解放了顿巴斯州首府斯大林诺。9月15日，德军统帅部担心部队被围，遂命令南方集团军群放弃顿巴斯，全线撤至梅利托波尔、第聂伯河一线后面的“东方堡垒”。苏军两个方面军向西南和南方进一步发展进攻，于9月22日前出到扎波罗日耶以南和莫洛奇纳亚河一线，并解放了顿巴斯。9月25日，西南方面军在第聂伯罗彼得罗夫斯克以南强渡第聂伯河。9月底，南方面军进抵莫洛奇纳亚河地区。
至9月底，中央方面军、沃罗涅日方面军、草原方面军、西南方面军和南方面军，解放了除莫洛奇纳亚河以西和扎波罗热以东的小部分地区以外的整个第聂伯河左岸乌克兰地区，在洛耶夫至扎波罗热之间近750公里宽的正面上先后进抵第聂伯河。部分部队还不失时机地实施了强渡，在第聂伯河西岸夺取23个登陆场。
11月10日11时，苏军白俄罗斯方面军第48、第65、第61集团军向当面德军发起进攻，日终前推进15公里。在苏军猛烈进攻下，德军于14日开始向西北方向退却。方面军乘机追击，于15日切断了戈梅利至加林科维契的铁路线。17日，攻占德军重要防御枢纽部列奇察，并对列奇察以南的德军形成包围之势。德军为了解救列奇察以南的部队，于18日在列奇察以南和马洛多什以南两个方向上实施反突击。经激烈战斗，苏军于21日击退德军，并将列奇察以南德军大部歼灭。11月22日，苏军方面军右翼第3集团军在普洛布斯克以南转入进攻，当天突破德军防御正面20公里、纵深10公里。24日，第50集团军也转入进攻，与第3集团军协同作战，至25日将突破正面扩大到70公里，并前出到新贝霍夫附近，从而造成对戈梅利地区德军的包围之势。当日夜，德军从索日河与第聂伯河河口地带撤退。苏军追击退却之敌，于26日解放戈梅利城。至11月30日，白俄罗斯方面军在强渡第聂伯河后向前推进130公里，解放了白俄罗斯东部一部分领土，扩大和巩固了登陆场，有力地配合了乌克兰第1方面军的基辅战役。
乌克兰第1方面军实施基辅进攻战役于11月3日开始，根据方面军的最初企图，为解放基辅，决心实施两个突击：从布克林登陆场实施主要突击；从基辅以北的登陆场实施辅助突击。
由于德军指挥部在10月初已集中30个师，其中在布克林登陆场苏军正面就有10个师，加之基辅以南的大起伏地给苏军的进攻、尤其是坦克部队的行动造成很大困难，方面军突击集团在10月份实施的2次突击均未成功。于是，苏军最高统帅部决定：由基辅北面的柳捷日登陆场实施主要突击；在基辅南面的布克林登陆场实施辅助突击。
乌克兰第1方面军迅速采取措施，将近卫第3坦克集团军和第7炮兵军从布克林登陆场隐蔽地调到柳捷日登陆场。由于集中了兵力兵器，方面军在主突方向达成了对德军的优势：兵力3倍于敌，火炮和迫击炮4.5倍于敌，坦克9倍于敌。
为了最大限度地达成战役突然性，方面军在主要集团发起进攻之前，首先命令第40、第27集团军于11月1日由布克林登陆场发起进攻。这一行动迷惑了德军，牵制了德军大部兵力。
11月3日凌晨，方面军主力（第60、第38集团军以及近卫第5坦克军部分兵力）经过40分钟的炮火和航空火力准备，从柳捷日登陆场发起进攻，第一天即楔入德军防御纵深5至12公里。为了达成突破并向西南方向发展进攻，4日中午，刚调来不久的近卫第3坦克集团军，在第38集团军的进攻地带内投入战斗。为阻止德军撤离基辅，近卫第3坦克集团军连夜发起进攻。德军防御部队开始撤退，近卫第3坦克集团军乘势突破德军战术防御地幅，切断了基辅至日托米尔的公路，并继续向法斯托夫方向进攻。11月4日至5日，近卫第1骑兵军、诸兵种合成集团军的第二梯队和预备队均投入了交战。此时，第38集团军和近卫第5坦克军已接近基辅北郊和西郊。6日晨，乌克兰首都基辅解放。同时，近卫第3坦克集团军解放了瓦西里科夫，7日，解放法斯托夫。方面军其他部队也乘势向西、西南和南方推进，至11月13日，苏军前出到拉杰卡、日托米尔、法斯托夫地区。基辅登陆场12日已扩大到正面宽140公里、纵深150公里的范围。
德军统帅部决定实施反突击，拟合围并消灭苏军在日托米尔地域的集团，尔后向基辅发起进攻。主要突击由南面，即从法斯托夫西南地域向布鲁西洛夫实施；辅助突击由日托米尔西北地域向拉多梅什利实施。参加反突击的是德军第4装甲集团军的15个师（含7个装甲师和2个摩托化师）。
苏军在查明德军企图和主要装甲集团在法斯托夫以南和西南集中的动向后，于11月12日停止了日托米尔以西的进攻。从13日起，方面军以第38、第40、第27集团军和近卫第3坦克集团军等部队，在中央和左翼组织纵深梯次防御，并向该地调派了方面军预备队；第13、第60集团军协同白俄罗斯方面军在右翼继续发展进攻，牵制德军兵力。在抗击德军反突击过程中，苏军力量不支，被迫回撤到有利防御地区。11月20日，德军以沉重的代价占领日托米尔等地。
12月6日～14日和19日～22日，德军第4装甲集团军两次企图以数个装甲师在苏军第60集团军地带突向基辅，均被苏军击退。德军在伊格纳特波尔、梅列尼、斯塔维谢一线的进攻亦被阻止。德军通过近一个半月的进攻，在基辅方向仅前进35～40公里，突击力量遭到了疲惫和消耗。12月24日，乌克兰第1方面军得到加强后，转入反攻。12月31日，苏军攻占日托米尔。至月底，苏军收复了德军反攻中夺占的全部土地。
第聂伯河会战于1943年年底结束。经过此次会战，苏军重创了德军南方集团军群的基本兵力和中央集团军群一部。经过4个月的进攻，苏军消灭了第聂伯河接近地的德军防御部队，肃清了德军在左岸的全部桥头堡，并且在右岸建立了两个战略登陆场和数十个战役战术登陆场，粉碎了德军恢复沿第聂伯河进行防御的企图。如果说库尔斯克会战彻底埋葬了希特勒的进攻战略，那么，第聂伯河会战则粉碎了德军统帅部建立坚固阵地防御并在这一方向扼守重要经济区的企图。苏军在第聂伯河会战中的胜利，还为尔后在白俄罗斯的进攻和完全解放第聂伯河右岸乌克兰，以及将侵略者驱逐出境奠定了基础。
苏军不仅在第聂伯河会战中，而且在苏德战场的其他方向上也取得了胜利。北高加索方面军在黑海舰队、亚速海区舰队的协同下，于9～10月解放了新罗西斯克和整个塔曼半岛。塔曼解放，高加索会战即告结束。10月31日～12月11日，苏军进行了刻赤—埃利季根登陆战役，并在刻赤半岛夺占了登陆场。布良斯克方面军发起的布良斯克战役，西方面军和加里宁方面军实施的斯摩棱斯克战役，也给德军以沉重打击，牵制了德军部分兵力，支援了第聂伯河会战。
由于苏军在库尔斯克、第聂伯河，以及在苏德战场其他地区的胜利，从斯大林格勒反攻开始的苏联卫国战争的根本转折遂告完成，军事战略形势和力量对比发生了对苏联有利的和不可逆转的变化。毫无疑问，“这场战争已进入了把侵略者从苏联土地上完全驱逐出去和消灭法西斯欧洲新秩序的阶段”。
