Командование германских войск, узнав об этих организационных и в управлении переменах в русских войсках, распорядилось о немедленном проведении в районе Вильно операции с целью нанесения удара в стык фронтов, прикрытый конными отрядами генералов М. С. Тюлина и Н. Н. Казнакова. Германские войска перешли в наступление 27 августа. Правофланговые части Неманской армии, предприняв демонстративные действия для оковывания 5-й армии Северного фронта, заставили 3-й армейский корпус отходить к Двинску. Штаб 5-й армии, опасаясь за свой левый фланг, приказал конному отряду Н. Н. Казнакова отходить на северо-восток. Конный отряд М. С. Тюлина в течение суток отбивал атаки превосходящих сил противника, а затем начал отход на юго-восток. Таким образом, своим давлением на левый фланг Северного и правый фланг Западного фронтов немцам удалось обеспечить 60-километровый разрыв линии фронта.
В образовавшийся прорыв в направлении на юго-восток ринулся сконцентрированный германский конный корпус из четырех дивизий под командованием генерала О. Гарнье, усиленный еще двумя дивизиями. 1 сентября германцы заняли Вилейку и Сморгонь для уничтожения железных дорог, затем – Молодечно. 6 сентября их передовые отряды достигли железнодорожной линии Минск – Смоленск и разрушили путь в районе станции Смолевичи. Три железнодорожные магистрали оказались под ударами противника. В тылу русских войск 10-й армии нарастала паника. Германская кавалерия уничтожала склады, разгоняла учреждения и этапные батальоны. Для ликвидации прорыва русское командование в спешном порядке производило перегруппировку войск. Было оставлено Вильно. Войска Западного фронта отступили восточнее – на линию Олькеники, Радунь, Василишки, по р. Щара, до Добромысля, что позволило командованию выделить в резерв шесть корпусов для борьбы на угрожаемом направлении. Кроме того, в районе Молодечно высаживался 27-й армейский корпус, не успевший проследовать в Двинск из-за перехвата германской конницей железной дороги. Чтобы не допустить выхода противника в тыл всей Виленской группировке русских войск, по распоряжению Ставки 10, 1, 4 и 3-я армии Западного фронта были отведены на более глубокую линию – Михалишки, Ошмяны, Новогрудок, Барановичи, оз. Выгоновское.
Соединения сосредотачивались для наступления в северном направлении с целью вытеснения германцев из прорыва и восстановления положения на стыке Западного и Северного фронтов. 5 сентября войска 2-й армии нового состава (36-й, 4-й Сибирский, 27-й и 14-й корпуса) повели наступление. 4-й Сибирский корпус выступил двумя колоннами на Крево и Боруны. По обнаружении наступления русских германцы бежали из Борунов в Сморгонь, оставив телефонный кабель и гурт скота. В начале наступление корпуса осложнялось тем, что его фланги были «открытыми», так как левофланговый 36-й армейский корпус еще не успел подойти и «сведений о нем не имелось», а правофланговый 27-й корпус был разбросан на железной дороге Кривичи – Молодечно – Лифиади. 14-й корпус отстал на два перехода. Кроме того, «из-за отсутствия конницы не была налажена разведка».
К вечеру того же дня в штабе 4-го Сибирского корпуса стало известно, что 36-й корпус, овладев местечком Солы, развернул наступление на фронте Свиридовичи, Данюшево, что обезопасило левый фланг корпуса, а утром 6 сентября в состав корпуса вошла бригада генерала Бондарева, на которого была возложена задача «разведать в полосе движения корпуса (Засковичи, Нарочь, оз. Нарочь, мест. Сморгонь, Нефеды, восточный берег оз. Свирь), а также поддержания связи с корпусной конницей соседних 27-го и 36-го корпусов». 6 сентября наступление соединений 2-й армии развивалось более сосредоточенно и во взаимодействии. Дивизии 4-го Сибирского корпуса продвигались на линию деревень Шиловичи, Засковичи, Залесье, Оленец, Белков, Закосье, Богуши, Шутовичи, Бяла, Кунава. К вечеру того же дня дивизии 27-го армейского корпуса сосредоточились в районе Молодечно. 36-й армейский корпус левым флангом подошел к д. Липнишки. Его атака на Сморгонь не увенчалась успехом. 13-я кавалерийская дивизия, «тесня уходящих немцев», переправилась через р. Вилия и остановилась в районе Ордея – Гиры.
Для оказания содействия 36-му армейскому корпусу во взятии местечка Сморгонь командующий армией распорядился задействовать в этом дивизии 4-го Сибирского корпуса. В связи с этим 9-я Сибирская дивизия на 7 сентября получила задание, действуя с правым флангом 36-го корпуса, после артиллерийской подготовки атаковать противника в местечке Сморгонь с восточной стороны, выделив для этого достаточные силы, и охватить поселение с севера. 10-й Сибирской дивизии предписывалось, оставив небольшой заслон для обеспечения переправ у Мариамполя и Рудня, наступать за 9-й дивизией и перейти к д. Бяла в корпусной резерв, выслав разведчиков по правому берегу Вилии на путь отступления немцев у Перевоза.
С утра 7 сентября части корпуса приступили к выполнению поставленной задачи. 9-я Сибирская дивизия, наступая в направлении Сморгони, в середине дня заняла д. Клиденяты, взяв пленных и три пулемета, «обратив немцев к беспорядочному бегству к Сморгони». 10-я Сибирская дивизия главными силами сосредоточилась у д. Бяла, имея часть войск у переправы у деревень Белков и Рудня. Одновременно бригада генерала Бондарева сосредотачивалась у д. Ордея, а 13-я кавалерийская бригада сдерживала попытки германцев наступать на деревни Новоселки, Ковбея и Трилесино. В третьем часу того же дня 9-я Сибирская дивизия атаковала Сморгонь и в штыковом бою освободила местечко. Противник, оставив раненых, пулеметы и велосипеды, бежал к Перевозу, преследуемый артиллерийским огнем и стрелками 9-й дивизии. Удачным попаданием мост у Перевоза был разрушен, противник не смог переправиться и понес огромные потери. За день (7 сентября) только 9-я Сибирская дивизия взяла в плен 5 офицеров, 950 солдат и большие трофеи: 40 велосипедов, 7 телефонных станций, более 150 ружей и 27 лошадей. Дивизии 4-го Сибирского корпуса заняли позиции от Перевоза по линии деревень Хрипачи, Ордея, Ручица, Ягодково, Ганута, Ковбея и Трилесино.
Германцы наращивали силы, подтягивали тяжелую артиллерию, оказывали упорное сопротивление. В конце дня 7 сентября они повели наступление против левого фланга соседнего 36-го армейского корпуса и оттеснили 25-ю дивизию на линию деревень Рыбаки, Язэп. Упорное сопротивление противник оказывал войскам 27-го армейского корпуса, наступавшим от Молодечно, «сильно отставших и потерявших связь» с 4-м Сибирским корпусом. Вечером 10 сентября части 27-го корпуса получили новый приказ – продолжать наступление в направлении Вишневского и Нарочанского озер. Однако их атаки на неприятельские позиции в районе д. Порса не удались. Успеху помешали стойкое сопротивление немцев и природные условия – непроходимые болота.
Упорные бои продолжались в последующие дни. С утра 10 сентября части 4-го Сибирского корпуса пошли в наступление на фронте деревень Принта, Уляны, Кулеши, Кули. 10-я Сибирская дивизия (40-й полк) штыковым ударом выбила противника из д. Мацевичи, захватив 48 пленных. Во второй половине дня немцы повели наступление на части 36-го армейского корпуса на правом берегу р. Вилия и против левого фланга 9-й Сибирской дивизии. При поддержке артиллерийского огня 9-й артиллерийской бригады атака была отбита. К вечеру части 36-го корпуса остановились на линии деревень Кузьмишки, Мацевичи, Залесье, Уляны, Кулеши, Холмы, Черняты. В этот же день 27-й армейский корпус с 45-й дивизией освободили Вилейку.
11 сентября наступление войск 2-й армии продолжалось. 4-й Сибирский корпус «крайне медленно» продвигался в полосе населенных пунктов Нарочь, Колотко, Плижаны по причине малочисленности (6 тыс. штыков на 18 верст фронта) и сильного сопротивления немцев, переходивших в контратаки. Благодаря упорству стрелков 36-го Сибирского полка в штыковом бою была взята д. Остров. Во время боя погиб капитан Добровольский, первым ворвавшийся во главе батальона в деревню. На участке фронта 27-го корпуса эскадрон гусар Литовского полка совместно с разведчиками 302-го Суражского полка атаковали и освободили д. Скоповище. Для «энергичного развития» наступления частей 4-го Сибирского корпуса в его состав вошла бригада (98-й и 100-й полки) 25-й пехотной дивизии и перешла в распоряжение начальника 10-й Сибирской дивизии генерала А. Г. Елчанинова.