Военная катастрофа армии УНР привела к отставке наказного атамана и военного министра. В Каменец-Подольском ширились ложные слухи о том, что Проскуров уже пал и красные движутся на Каменец…
Одновременно с прорывом красных на центральном участке фронта на его северном участке в середине марта 1919 года началось неожиданное контрнаступление петлюровцев. Оно было приурочено к окончанию реорганизации корпуса сечевых стрельцов, двадцать дней находившихся на Отдыхе. Сосредоточив значительные силы на Волыни (до 13 тысяч штыков), петлюровцы 15 марта 1919 года ударили на Киев. Наступавших ждал ошеломляющий успех, потому что основные силы красных находились южнее, у Жмеринки. Петлюровцы, прорвав фронт Западной армии между Коростенем и Овручем, захватили Коростень, двинулись на Киев (силами в 4 тысячи штыков, при 2 бронепоездах). Пройдя с боями 180 км, войска Петлюры дошли до реки Ирпень, оказавшись в 35 км от столицы. У большевиков не было резервов защищать Киев. Южный фланг Западной армии (9, 21, 151-й полки) был полностью разгромлен, некоторые советские части отказывались выходить на позиции. В Гомеле, в тылу Западной армии, произошло крупное антибольшевистское восстание частей гарнизона, которое подорвало возможности к активному сопротивлению на этом участке фронта. Успеху наступления содействовало и то, что во второй половине марта 1919 года в тылу Красной Армии появились первые повстанческие отряды из крестьян, недовольных политикой «военного коммунизма». Петлюра надеялся, что повстанцы окажут действенную поддержку в реализации Киевской операции. Отряды атаманов Струка и Зеленого повернули свои винтовки против красных, а у Казатина появился повстанческий отряд петлюровского атамана Соколовского.
В Киеве уже началась паника и безвластие. Советское правительство Украины, только 15 марта переехавшее из Харькова в Киев, спешно готовилось к эвакуации. Руководство Советской Украины Посчитало, что успех наступления петлюровцев был следствием того, что между польской армией и армией ЗУНР было достигнуто перемирие и галицкие стрелки были переброшены с польского фронта на Киев.
22 марта петлюровцы вошли в Житомир, используя панику в Житомирском гарнизоне и бунт красных частей, I которые разгромили местные ЧК и ревком. Наступая, петлюровцы вернули себе Бердичев и Казатин. 24–25 марта стали критическими днями для киевских большевиков. Антонов-Овсеенко был вынужден срочно выехать в Киев, чтобы воспрепятствовать его неминуемой сдаче. Он провел мобилизацию коммунистов в Киеве, подтянул резервы главкома (4 тысячи штыков) и к 26 марта смог остановить петлюровское наступление на Киев.
В это же время красные части были отброшены от Ровно и Сарн и выбиты из украинского Полесья за реку Припять, Одновременно с наступлением на севере Украины петлюровцы попытались перейти в контрнаступление на южном участке фронта. Враг был отбит от Умани и петлюровцы силились пробиться в район Тараща — Черкассы, где не так давно вспыхнуло, антибольшевистское восстание. 26 марта петлюровцы снова врываются в Бердичев. План Петлюры состоял в том, чтобы ударами с севера и юга окружить и уничтожить основную центральную группу красных, оторвавшуюся от своих тылов и баз, захваченную наступлением на Проскуров.
Однако взять Киев в марте 1919 года у петлюровцев уже не было сил, как и не было сил совершить столь масштабную операцию по окружению. Армия УНР исчерпала свои людские резервы и военные запасы. К тому же и самим наступавшим, оторвавшимся от тылов, грозило окружение. Но главным недостатком проведения операции было незнание замыслов противника, отсутствие хорошо налаженной разведывательной сети. Красные пошли на встречное наступление, ударив по слабой центральной части петлюровского фронта, что предопределило полный развал единого фронта. На южном участке фронта, который оказался полностью отрезанным от главных сил Петлюры, красные 14 марта заняли Умань, 21 марта — Христиновку, 31 марта — станцию Вапнярка.
Особенно упорные бои проходили в конце марта 1919 года за город Бердичев, который несколько раз переходил из рук в руки. 7 апреля красные вернули себе Коростень. 1 апреля они захватили Житомир, но были тут же выбиты петлюровцами. Однако 12 апреля советские войска вновь взяли город. На следующий день петлюровцы были отбиты от Бердичева, после чего начался быстрый откат армии Петлюры на запад. Киевская операция провалилась, превратившись в контрнаступление красных. Ее провалу способствовал рейд конницы красного казачества и 1-го конного полка по тылам армии УНР по маршруту на Староконстантинов — Изяславль — Шепетовку. В ходе этого рейда тыл петлюровцев был разгромлен, в боях погиб видный деятель УНР полковник И. Луценко.
Военная инициатива полностью перешла в руки красных. Главные силы Петлюры, располагавшиеся на Волыни, в районе Ровно, после падения Проскурова оказались полностью отрезанными от петлюровцев, оборонявших Каменец-Подольский. Защитники Каменец-Подольского в середине апреля 1919 года были вынуждены отойти за речку Збруч на территорию Западно-Украинской Народной Республики (ЗУНР). Збруч не был серьезным препятствием для Красной Армии, однако с политической точки зрения эта река была границей, за которой простирались территории ЗУНР, еще полгода назад принадлежавшие Австро-Венгрии. Выйдя на Збруч, Красная Армия в нерешительности остановилась. У большевиков имелись некоторые планы на союз с армией ЗУНР. Ленин думал договориться с галичанами, обещая им вооружение и союз в войне против Польши, но одновременно требуя от них полного разрыва с Петлюрой и пропуска частей Красной Армии через Галичину в Венгрию.
8 апреля 1919 года советским конным соединением Крючковского был занят Проскуров, а в течение последующих четырех дней к красным переходят города: Староконстантинов, Новоград-Волынский, Каменец-Подольский. Штаб армии УНР был вынужден переехать из Проскурова в маленькое местечко Здолбунов, а все центральные учреждения УНР эвакуировались в Ровно. Крах центрального участка петлюровского фронта привел к тому, что армия Петлюры оказалась разорвана на 3 части: Волынскую (основную), Херсонскую (Запорожская дивизия) и Днестровскую (части 3-й дивизии, ушедшие в Галичину, за реку Збруч). В основной группе армии Петлюры осталось около 15 тысяч штыков из строевых частей и 5 тысяч мобилизованных крестьян, 350 пулеметов, 95 пушек.
На фронте с востока против петлюровцев действовало до 13 тысяч штыков и сабель красных, при 42 пушках и 220 пулеметах, а с запада петлюровские позиции теснили части польской армии (8 тысяч штыков и сабель).
Дальнейшая военная кампания связана с затяжными боями за станцию Шепетовка и с ослаблением давления Красной Армии на петлюровский фронт. Дело в том, что давление это ослабло после бунта в 14-м Миргородском советском полку и после перехода на сторону Директории в полном составе красной Тульской бригады (состоящей из русских солдат). Тульская бригада боролась против своих недавних «коллег» в районе Звягеля до начала мая 1919 года. Оборона Шепетовки имела большое стратегическое значение — через Шепетовку проходили железные дороги на Проскуров, Бердичев, Звягель, и Шепетовский узел закрывал путь на Ровно — в тыл армии УНР.
Оказавшись на грани полного разгрома, Петлюра ухватился за возможность изгнания большевиков из Украины, посредством всеобщего крестьянского восстания в тылу красных. С марта 1919 года в штаб Петлюры стали доходить преувеличенные сведения о повсеместном восстании в Центральной Украине. Так, прибывшая в штаб делегация от атамана повстанцев Зелёного сообщила, что он готовит самостоятельный поход на Киев и уже имеет армию в 20 тысяч повстанцев. Определенные надежды возлагались и на распад Красной Армии и прежде всего тех ее частей, которые состояли из украинских крестьян. Однако для привлечения на свою сторону многочисленных повстанческих атаманов руководство УНР должно было отказаться от «правого» курса и сменить кабинет Остапенко. 9 апреля 1919 года Петлюра объявил о создании нового «левого» социал-демократического кабинета министров во главе с премьером Борисом Мартосом, а на военном совещании командного состава армии УНР вопрос стал о новой военной стратегии. Командиры предлагали совершенно противоположные планы: Замириться с Польшей и освободить республиканские войска на польском фронте для сопротивления большевикам, замириться с большевиками и все силы сконцентрировать на войне против Польши…. Были и такие, что советовали отвести армию в Га-личину и освободить поле боя для польской и красной армий, столкнув их на Волыни.
