На 400 километровом фронте с обеих сторон участвовало около 2 миллионов человек и до 5 тысяч орудий. Задачей русского Юго-Западного фронта (главнокомандующий генерал Николай Иудович Иванов, начальник штаба генерал Михаил Васильевич Алексеев) было окружение и уничтожение основных австро-венгерских сил путём концентрического наступления 4-й и 5-й армий с севера, 3-й и 8-й армий с востока.
Австро-венгерское командование (главнокомандующий эрцгерцог Фридрих, начальник штаба фельдмаршал Франц Конрад фон Хётцендорф) планировало разгром правого крыла Юго-Западного фронта (4-я и 5-я армии) силами 1-й и 4-й австро-венгерской армий при поддержке армейской группы Куммера и германского корпуса генерала Войрша.
Соотношение сил к началу Галицийской битвы было следуещее: русских - 36,5 пехотных и 12,5 кавалерийских дивизий; австро-венгерских - 39 пехотных и 10 кавалерийских дивизий; к её концу: русских - до 50 пехотных и 20,5 кавалерийских дивизий, австро-венгерских - 48 пехотных и 11 кавалерийских дивизий.
С 5 - 6 (18 - 19) августа началось сближение, которое 10 (23) августа развернулось во встречное сражение на фронте в 320 километров, входе которого 1-я и 4-я австро-венгерской армии, наступавшие на Люблин и Холм, используя своё превосходство
в силах, нанесли поражение 4-й и 5-й русским армиям под Красником (10 - 12 (23 - 25) августа) и Томашовом (13 - 18 (26 - 31) августа), вынудив их к отходу на Люблин, Холм, Владимир-Волынский. Однако, встретив упорное сопротивление русских войск, австро-венгерские армии понесли тяжёлые потери и их наступление (особенно 4-й австро-венгерской армии) замедлилось.
Одновременно 5 - 6 (18 - 19) августа 3-я и 8-я русской армии левого крыла Юго-Западного фронта начали наступление, а 13 - 15 (26 - 28) августа разбили 3-ю австро-венгерскую армию на реке Золотая Липа. Попытка противника остановить русские войска силами 3-й и 2-й армий успеха не имели. В сражении на реке Гнилая Липа
16 - 19 августа (29 августа - 1 сентября) 3-я русская армия прорвала фронт противника
у Перемышля, а 8-я армия отразила контрудар 2-й австро- венгерской армии. Правое крыло австро-венгерских войск начало отход на Городокскую позицию (западнее Львова). 20 августа (2 сентября) русские заняли Галич, а 21 августа (3 сентября) - Львов.
Австро-венгерское командование, оставив против 5-й русской армии слабый заслон, перебросило 4-ю армию на юг против 3-й русской армии. 23 - 30 августа (5 - 12 сентября) в Городокском сражении 4-я, 3-я и 2-я австро-венгерские армии пытались разбить 3-ю и 8-ю русские армии. Им удалось добиться некоторого успеха и потеснить 8-ю армию, но в это время обстановка на левом крыле австро-венгерского фронта резко ухудшилась. К оборонявшимся 4-й и 5-й русским армиям подошли крупные подкрепления, а 21 августа (3 сентября) правее 4-й армии была введена 9-я армия.
Уже 20 августа (2 сентября) 4-я русская армия добилась частного успеха, а 22 августа
(4 сентября) все три армии перешли в наступление и начали теснить противника.
26 августа (8 сентября) 4-я армия прорвала австро-венгерский фронт у Тарнавки
и вскоре всё левое крыло австро-венгерских войск начало отход. 5-я русская армия, наступая на Раву-Русскую, стала угрожать выходом в тыл 4-й австро-венгерской армии. Всё это заставило австро-венгерское командование прервать Городокское сражение
и в ночь на 30 августа (12 сентября) начать общий отход за реку Сан.
Галицийская битва
Главнокомандующий Юго-Западным фронтом только 31 августа (13 сентября) отдал приказ о преследовании, которое развивалось медленно, из-за чего противнику удалось оторваться. К 3 (16) сентября австро-венгерские войска отошли за реку Сан,
но затем продолжали беспорядочное отступление за реку Дунаец. Русские войска вели преследование противника до 8 (21) сентября и осадили крепость Перемышль.
Стратегическое значение Галицийской битвы было огромно. Хотя в её ходе русским командованием был допущен ряд ошибок, приведших к значительным потерям
(230 тысяч человек и 94 орудия), и цель операции - окружение противника - не была достигнута, русские войска в Галицийской битве одержали крупную победу.
Потери австро-венгерских войск составили 325 тысяч человек (в том числе до 100 тысяч пленных) и 400 орудий. Русские войска заняли Галицию и часть австрийской Польши, создав угрозу вторжения в Венгрию и Силезию. Разгром австро-венгерских войск свёл на нет успехи немцев в Восточной и отвлек силы Австро-Венгрии от Сербии. Главный союзник Германии надолго утратил боеспособность, и Германия была вынуждена направить крупные силы для поддержки своего ослабленного союзника.