Донбасская операция началась 13 августа с наступления войск Юго-Западного фронта, которые форсировали Северский Донец и создали угрозу удара в тыл харьковской группировке немцев, что помогло освобождению Харькова. Однако новое наступление Юго-Западного фронта, предпринятое 16 августа в сторону Донбасса, было остановлено упорным сопротивлением 1-й немецкой танковой армии (генерал Макензен).

Этот натиск сковал крупные немецкие силы, что способствовало успеху Южного фронта, который перешел в наступление 18 августа и сумел прорвать оборону 6-й немецкой армии (генерал Голлидт) на реке Миус. Решающую роль в прорыве сыграла советская артиллерия, которая огнем 5 тыс. орудий буквально перепахала позиции немцев. Прорыв Миусского укрепленного района создал угрозу южному флангу 1-й танковой армии, что вынудило германское командование начать 1 сентября ее отход на запад. В районе побережья он был ускорен благодаря высадке десантов Азовской военной флотилии (адмирал Горшков).

8 сентября советские войска освободили центр Донбасса — город Сталино (Донецк). К 22 сентября немцы отошли на новый оборонительный рубеж по линии Днепропетровск — Мелитополь, где советское наступление было временно остановлено. Потеря Донецкого угольного бассейна нанесла серьезный удар по военной экономике Германии. В ходе операции советские войска продвинулись вперед на 300 км и подошли к Днепру на участке Днепропетровск — Запорожье. Их потери в этой операции составили 273,5 тыс. человек.

После поражения в Курской битве германское командование переходит к стратегии тотальной обороны. Оно разрабатывает план «Вотан», который предусматривал создание от Балтийского до Черного моря укрепленного «Восточного вала», который проходил по линии Нарва — Псков — Гомель и далее по Днепру. Этот рубеж должен был, по замыслу немецкого руководства, остановить продвижение советских войск на запад. Для этого, в частности, немцы применили тактику «выжженной земли». В прифронтовой полосе они реквизировали весь хлеб, скот, фураж и другие сельхозпродукты. Сжигались дотла деревни и угонялось на запад мирное население. По свидетельству фельдмаршала Манштейна: «В зоне 20–30 км перед Днепром было разрушено, уничтожено и вывезено в тыл, все, что могло помочь противнику немедленно продолжать свое наступление на широком фронте по ту сторону реки».

«Восточный вал» имел не только военное, но и политическое значение. Этим валом немцы отделяли от Советского Союза Правобережную Украину с Крымом, Прибалтику, Молдавию и Белоруссию. На отторгнутых территориях захватчики планировали по опыту Первой мировой войны сформировать марионеточные антибольшевистские правительства. Создание подобного «санитарного кордона» из новых «независимых» государств давало немцам возможность затянуть войну, запутать международные дела в данном регионе и осложнить отношения СССР с его союзниками по антигитлеровской коалиции.

Если в 1941 году Гитлер стремился вытеснить Россию за Волгу, то к концу 1943-го рубеж водораздела должен был пройти по Днепру. В известном смысле это было возрождение в новых исторических условиях давнего польско-французского плана раскола восточного славянства по линии Днепра, который так и не был реализован во время агрессии Наполеона против России в 1812 году.

Стратегия позиционной, затяжной войны была в тех условиях выгодна немцам. Но она абсолютно не устраивала советское руководство. Оно стремилось не дать немцам закрепиться и создать сплошной позиционный фронт, что вело к росту жертв, страданий и лишений миллионов людей. Поэтому советское командование практически без оперативной паузы продолжило наступление.

Главные бои за прорыв «Восточного вала» развернулись на Украине. Оборонявшая днепровскую часть «Восточного вала» группировка немцев на Украине состояла из 2-й армии из группы армий «Центр» (фельдмаршал Г. Клюге), а также группы армий «Юг» (фельдмаршал Э. Манштейн). Против нее действовали войска Центрального (генерал К. К. Рокоссовский), Воронежского (генерал Н. Ф. Ватутин), Степного (генерал И. С. Конев), Юго-Западного (генерал Р. Я. Малиновский) и Южного (генерал Ф. И. Толбухин). Соотношение сил приведено в таблице.

Битва за Днепр прошла в два этапа. На первом этапе (в августе — сентябре) Красная Армия освободила Донбасс и Левобережную Украину, с ходу форсировала Днепр и овладела рядом плацдармов на его правом берегу. Битва за Днепр началась 26 августа с проведения Черниговско-Полтавской операции (26 августа — 30 сентября), в которой участвовали войска Центрального, Воронежского и Степного фронтов. Она шла одновременно с Донбасской операцией.

Первыми перешли в наступление войска Центрального фронта. Наибольшего успеха добились войска 60-й армии (генерал И. Д. Черняховский), которые сумели прорвать немецкую оборону на второстепенном участке, к югу от Севска. Рокоссовский своевременно среагировал на данный успех. Быстро перегруппировав силы, командующий бросил в прорыв основные ударные части фронта. Это решение обернулось крупным стратегическим выигрышем. Уже 31 августа войска Центрального фронта сумели расширить прорыв в ширину до 100 км и в глубину до 60 км, вынудив немцев начать отвод войск к Десне и Днепру. Рокоссовский не дал им возможности оторваться и перегруппировать свои силы. Наращивая темпы преследования, его войска с ходу форсировали реки Сейм и Десну, что не дало немцам возможности закрепиться на этих выгодных рубежах.

Тем временем к наступлению подключились войска Воронежского и Степного фронтов. В начале сентября советское наступление развернулось на всей Левобережной Украине, что полностью лишило германское командование возможности маневрировать резервами. В этих условиях оно начало отвод своих войск за Днепр. На «плечах» отступающих передовые советские части вышли к Днепру на 750-километровом участке от Лоева до Запорожья и с ходу начали форсирование этой водной преграды. К концу сентября на данной полосе советские войска захватили на правом берегу 20 плацдармов. Расчеты германского руководства на длительную оборону Левобережья были сорваны.

В октябре — декабре наступил второй этап битвы, когда происходила ожесточенная борьба по расширению и удержанию плацдармов. Одновременно шло подтягивание резервов, наведение мостов и наращивание сил для нового удара. В этот период советские войска на Украине вошли в состав образованных 20 октября 1943 года четырех Украинских фронтов. На данном этапе были проведены две стратегические операции: Нижнеднепровская и Киевская.

Нижнеднепровская операция (26 сентября — 20 декабря) проводилась войсками Степного (2-го Украинского), Юго-Западного (3-го Украинского) и Южного (4-го Украинского) фронтов. Войска Южного фронта (генерал Ф. И. Толбухин), прорвав немецкую оборону у Мелитополя, вышли в конце октября к Перекопу. 1 ноября они с боем овладели Турецким валом, блокировав в Крыму 17-ю немецкую армию (генерал Э. Енеке). Дальнейшее наступление советских войск здесь было остановлено.

Наступавшие севернее войска Степного и Юго-Западного фронтов после упорных боев (особенно в районах Запорожья и Днепропетровска) захватили наиболее крупный плацдарм на правом берегу Днепра от Черкасс до Запорожья (450 км в длину и до 100 км в глубину). Однако настойчивые попытки прорваться в Криворожский железнорудный бассейн были остановлены к середине декабря яростным сопротивлением германских частей, которые получили подкрепления. Нижнеднепровская операция отличалась большими потерями, которые составили 754 тыс. чел. (примерно половина всех потерь советских войск в боях за Украину с августа по декабрь 1943 г.).