В период с 2-го по 8-е сентября все предназначенные для наступления соединения были скрытно переброшены к линии фронта и в ночь на 9-е сентября вышли на исходные позиции. Помимо одиннадцати корпусов, Южному фронту передали четыре артиллерийские дивизии резерва ВГК, всего 1600 стволов артиллерии крупного калибра. К пяти имевшимся у фронта авиадивизиям добавилось еще четыре новых, сформированных из отведенных с фронта авиаполков, к этому времени переформированных и переученных на новую технику. Всего фронт имел 730 истребителей, 280 штурмовиков, 190 дневных бомбардировщиков и 800 легких ночных бомбардировщиков. В румынской авиации к этому времени осталось 120 истребителей и 70 бомбардировщиков. Еще 210 немецких истребителей обеспечивали охрану нефтяного района Плоешти.
Войска Южного фронта превосходили противника по живой силе в 1,6 раза, по артиллерии в 2,8 раза, по авиации — в 6 раз. По танкам превосходство было подавляющим, причем войска фронта имели на вооружении танки Т-34 и Т-50, а румыны и немцы — только около ста легких танков устаревших моделей. Первый удар наносила 1-я ударная армия[27] генерала П. А. Курочкина в составе 29-го танкового, 18-го мотострелкового, 104-го и 106-го стрелковых корпусов.
Наступление началось с массированной бомбардировки позиций двух румынских дивизий 11-го армейского корпуса, занимавших оборону выше устья Прута. 560 легких ночных бомбардировщиков нанесли удар по стыку дивизий в полосе шириной 8 километров, ниже селения Слобозия Маре. Удару подверглась дивизионная полоса обороны на всю глубину. Одновременно 180 бомбардировщиков нанесли удар по предмостным опорным пунктам у трех мостов через реку Серет на удалении 20–25 км от линии фронта.
Сразу после окончания бомбардировки предмостных укреплений, 1-я дивизия воздушно-транспортной авиации высадила на них воздушный десант в составе трех бригад 1-го воздушно-десантного корпуса генерала Ф. М. Жадова. К рассвету бригады захватили все три моста и заняли оборону. Спецподразделения бригад сумели предотвратить подрыв двух автомобильных мостов. На железнодорожном мосту румынам удалось взорвать один из пролетов. Захват и удержание мостов позволяли танковым и моторизованным войскам вырваться на оперативный простор. Дальше до самого Плоешти крупных естественных преград на пути наших войск не было.
Легкие бомбардировщики завершили бомбежку сбросом долго горящих зажигательных бомб по краям полосы прорыва, обозначая целевое указание для экипажей дальней авиации. К удару ДБА были привлечены все полки, в радиусе действия которых оказался участок прорыва, то есть почти вся дальняя авиация, за исключением полков, базирующихся в Прибалтике и на севере, всего 630 экипажей. Для вывода бомбардировочных полков на цель применялись радиомаяки и прожекторные коридоры. Часть полков ДБА бомбили прилегающие к участку прорыва транспортные узлы, магистрали и мосты на них на глубину до 50 км, выполняя задачу изоляции района боевых действий. Работа дальней авиации завершилась за час до рассвета. Одновременно началась артиллерийская подготовка, продолжавшаяся 90 минут.