Австрийский фронт был прорван. Русские войска заняли Луцк, Дубно, Черновцы, Бучач и продолжали развивать наступление, воспользовавшись ошибками некоторых австрийских командующих — в частности, руководившего 10-м корпусом генерала Мартиньи, который отдал войскам необоснованный приказ отступать к третьей линии оборонительных позиций. Сам Брусилов впоследствии вспоминал: «Мы продолжаем наше кровавое боевое шествие вперед, и к 10 июня нами было уже взято пленными 4013 офицеров и около 200 тысяч солдат; военной добычи было: 2190 орудий, 644 пулемета, 196 бомбометов и минометов, 46 зарядных ящиков, 38 прожекторов, около 150 тысяч винтовок, много вагонов и бесчисленное количество другого военного материала».
В середине июня немецкая войсковая группа генерала Линзингена, переброшенная на помощь австрийцам, предприняла попытку контрнаступления под Луцком; тем временем австрийцы отбили Черновцы, но к началу июля инициатива вновь перешла к Брусилову. Ему удалось оттеснить противника к реке Стоход, где завязались упорные бои. На южном участке фронта русский авангард 7 июля вышел к карпатским перевалам. В то же время основной стратегической целью наступления по-прежнему оставался Ковель, что явилось ошибкой Брусилова: это в критический момент отвлекло его от возможности продвигаться по практически свободному пространству прямо на Владимир-Волынский. Если бы стратегическая установка была вовремя изменена, не исключено, что русские войска смогли бы даже прорваться к Львову и Раве-Русской, а это привело бы к радикальному изменению всей ситуации на фронте в пользу России. Вряд ли центральные державы смогли бы обойтись без дальнейшей переброски немецких войск с севера, что облегчило бы задачу Северному и Западному русским фронтам. Однако ничего подобного не случилось. К тому же фронты Эверта и Куропаткина хоть и предприняли наступательные действия, но без должного согласования с Брусиловым и гораздо позже, чем он. К концу июля Брусиловский прорыв выдохся. «Я продолжал бои на фронте уже не с прежней интенсивностью, — писал полководец, — стараясь возможно более сберегать людей, и лишь в той мере, которая оказывалась необходимой для сковывания возможно большего количества войск противника, косвенно помогая этим нашим союзникам — итальянцам и французам».
Стратегического перелома на Восточном фронте не произошло. Сыграла роковую роль нерешительность русского верховного командования, несогласованность в действиях отдельных фронтов и бездарность многих царских генералов (командующий Северным фронтом А. Куропаткин «прославился» еще в русско-японскую войну, когда войска под его командованием отступали там, где вполне могли наступать, и проигрывали сражения, которые без пяти минут выиграли). Брусилов справедливо жаловался также на «отстутствие верховного вождя» у русской армии, поскольку Николай II в роли главнокомандующего был совершенно неубедителен. Нельзя не отметить и общую нескоординированность стратегии держав Антанты: наступление англичан и французов на Сомме началось лишь 1 июля, когда первая фаза Брусиловского прорыва давно закончилась, итальянцы же и вовсе не смогли развить на своем фронте сколько-нибудь заметную активность вплоть до начала августа. Тем не менее русское наступление имело катастрофические последствия в первую очередь для Австро-Венгрии и ее армии: из 650 тыс. солдат и офицеров, которыми располагала монархия на Восточном фронте к лету 1916 г., за два месяца боев убитыми, ранеными и пленными она потеряла 475 тыс., т. е. почти три четверти. Военная мощь государства Габсбургов была подорвана окончательно и бесповоротно; кроме того, после Брусиловского прорыва резко усилились пораженческие настроения в австрийском и венгерском обществе.