Войскам 3-й гвардейской танковой армии генерала П. С. Рыбалко 19 декабря было приказано: «…Развивая успех наступления 18-й армии, совместно с ней и во взаимодействии с 1-й гвардейской армией уничтожить брусиловскую группировку противника и к исходу первого дня операции выйти на рубеж Вильня, Здвижка, Романовка, Карабачин». В дальнейшем предусматривалось в случае успешного развития наступления соседей продолжить продвижение на Андрушовку, а в случае задержки наступления 38-й и 1-й гвардейской армий ударом в направлении Водотыи, Соловеевка, Турбовка содействовать им в разгроме брусиловской группировки противника.[272]
Утром 24 декабря после 50-минутной артиллерийской и авиационной подготовки главные силы 1-го Украинского фронта перешли в наступление. Пехота с танками НПП при поддержке массированных ударов артиллерии и авиации в первой половине дня прорвала главную полосу обороны 4-й танковой армии на глубину до 4 км. Командующий фронтом, стремясь быстрее завершить прорыв обороны, ввел в сражение в полосе 18-й армии 3-ю гвардейскую танковую армию, а в полосе 38-й армии – 1-ю танковую армию.
Передовые отряды корпусов первого эшелона танковых армий во взаимодействии с пехотой быстро завершили прорыв обороны и создали условия для стремительного развития наступления в оперативной глубине. Мощными ударами войска противника были рассечены на две части, управление деморализовано, и они начали отходить в западном направлении. Соединения 1-й танковой армии 25 декабря с ходу форсировали р. Ирпень и в районах Ходорково и Кривое перерезали железную дорогу Житомир – Фастов, продвинувшись на 30—35 км.
Фон Манштейн, реально оценивая сложившуюся обстановку, 25 декабря направил телеграмму в Генштаб Сухопутных войск, в которой отмечал, что 4-я танковая армия не сможет остановить наступление противника теми силами, которые находятся сейчас в ее распоряжении. Она также не в состоянии прикрывать глубокий фланг групп армий «Юг» и «А». Поэтому ее необходимо значительно усилить. Если ОКХ не имеет для этого в своем распоряжении сил, то фон Манштейн вынужден будет снять со своего правого фланга не менее пяти-шести дивизий. В этом случае советские войска, очевидно, не смогут больше удерживать свои позиции в Днепровской дуге. Фон Манштейн просил разрешения по своему усмотрению решать вопрос о действиях на правом фланге группы армий «Юг». Одновременно он приказал командующему 4-й танковой армией всеми имеющимися в его распоряжении силами остановить советские войска, наносившие главный удар на Житомир в районе действий 42-го армейского корпуса. Своим северным флангом (13-й и 59-й армейские корпуса) армия должна была не дать возможности командующему 1-м Украинским фронтом повернуть свои войска и нанести удар на Житомир. Для усиления 4-й танковой армии была направлена 17-я танковая дивизия, которая ранее действовала в составе 6-й армии и была временно передана группе армий «Юг».