Наступление на Мосул официально началось рано утром 17 октября. О старте объявил лично премьер-министр Ирака Хайдер аль-Абади.
Наступление началось с двух основных направлений, с восточного и южного. На восточном направлении на острие группировки наступали силы «КТС» при поддержке сил Пешмерга и солдат 16-й дивизии армии Ирака. Наступление здесь началось из позиций в городе Хазар, вдоль трассы Мосул — Эрбиль. На пути к окраинам Мосула наступающим блокировали продвижение силы «ИГ» в городе Бартелла. Из позиций в городе Хазар начали свое продвижение на юг, до пересечения рек Тигр и Большой Лаб силы 9-й бронетанковой дивизии (35-я и 36-я бригады) и 1-я механизированная дивизия (3-я бригада) армии Ирака.
На втором основном направлении наступления, из позиций в городе Кайара в направлении на север до н. п. Шура наступали подразделения 15-й (71-я бригада) дивизии армии Ирака, частей Федеральной полиции и «Дивизии быстрого реагирования». Коалиция обеспечивала авиаподдержку и логистику наступающим, действуя из двух военных баз США в Кайаре (к западу от самого города) и Кара Соар (к востоку от Кайары). В тылу наступающей группировки в районе Ширката располагался резерв — 9-я (34-я танковая бригада, 37-я бригада), 15-я (72-я бригада) дивизии, а также силы шиитской милиции и суннитского племенного ополчения. Еще южнее тылы прикрывали силы 16-й дивизии (73-я бригада). В самом западном направлении южного удара, к западу от военной базы в Кайаре была расположена 92-я бригада 16-й дивизии.
В целом направления наступления концентрировались на движении вдоль трех основных дорог в город, с юга, юго-востока и востока. В течение следующих двух дней было открыто еще одно направление наступления, северо-восточное на Башики силами Пешмерга. В Пентагоне официально подтвердили участие в операции сотни солдат США, которые действовали в качестве военных советников при командовании дивизии армии Ирака и отрядов Пешмерга. В первый день наступления силы 9-й дивизии, в том числе 34-я танковая бригада (эта бригада сразу после начала наступления была переброшена с юга), а также 35-я и 36-я механизированные бригады, и 3-я механизированная бригада 1-й дивизии, в авангарде с отрядами КТС начали движение вдоль восточного берега реки Тигр в направлении города Хамдании.
18 октября отряды КТС уже вошли в город, однако натолкнулись на снайперский огонь «ИГ». Продвижение замедлилось из-за большого количества гражданских в городе. К северу навстречу наступающим силам двигались дополнительные силы Пешмерга.
На южном направлении, силы 16-й (76-я бригада) и 15-й (9-я бригада) дивизий приблизилась к поселку Хадж Али для прикрытия южного направления наступления. На западном направлении наступления силы шиитской милиции и ФП почти сразу взяли под свой контроль несколько нефтяных месторождений и начали продвижение на восток с целью выхода к городу Шура, бывшему опорному пункту «Исламского государства в Ираке», а ранее — «Аль-Каиды в Междуречье».
На первом этапе операции главной задачей было освободить населенные пункты на подходе к городу для дальнейшего использования их в качестве опорных пунктов для охвата Мосула. В ответ «ИГ» совершили серию атак смертников в Хамдании и к северу от Кайары. Также была сделана серия атак в Синжар (19 октября) для отвлечения внимания наступающих сил. В направлении наступления южной и юго-восточной групп бойцы «ИГ» подожгли нефтяные колодцы для создания дымовой завесы и ограничения действий авиации коалиции.
С северного направления, с Таль Сакафа отряды Пешмерга начали наступление на н. п. Батная. Параллельно с двух сторон Пешмерга продолжила продвижение к городу Башика. По трассе Эрбиль — Мосул (восточное направление, участок Хазар — Бартелла) силы КТС продвинулись вплотную к городу Бартелла. На южном направлении части «Федеральной полиции», следующие на самом западном крае, и силы 15-й и 9-й дивизий, сомкнулись южнее Шуры. На западном направлении вперед продвинулись силы шиитской милиции и ФП. В ответ «ИГ» атакует Киркук, а через два дня, 23 октября, захватывает Рутбу и удерживает город в течение суток.
