Итак, соотношение сил не делало наступление особо рискованным. Беспокоило лишь малое количество танков. Однако и относительно высокое число орудий и минометов не давало полной уверенности в том, что будет до конца выполнена весьма трудная задача полного разгрома противника в тактической глубине обороны. Основными условиями успеха были: внезапность удара, полное уничтожение противника на направлении главного удара, присутствие словацких дивизий на перевалах и высокий темп наступления. Второе условие имело решающее значение для быстрого развития успеха в процессе операции: если бы после поражения под Кросно удалось сорвать организованное отступление противника большими силами в горы, то тогда можно было бы быстро перебросить подвижные формирования для нанесения непрерывных ударов по противнику в оперативной глубине. В этом случае быстрый переход Карпат был бы обеспечен.
Карпатско-Дуклинская операция, однако, как иногда случается на войне, не пошла по уготованному для нее руслу. В 8 часов 45 минут после артиллерийской подготовки и нанесения бомбового удара, продолжавшихся 125 минут, войска 38-й армии начали наступление. Первые оборонительные сооружения на участке прорыва были захвачены довольно легко, потом сопротивление противника стало возрастать, по мере того как под прикрытием мощной артиллерийской поддержки ему удалось занять вторую линию обороны. 8 сентября части ударного 101-го стрелкового корпуса были остановлены сильным огнем противника перед позициями на высотах южнее населенных пунктов Хоркувка и Махнувка. Город Кросно, важный транспортный узел, несмотря на жестокие бои, не был взят. Пришлось отходить назад по забитым дорогам.
Темп наступления после первого большого успеха 8 сентября во второй половине дня уже начал ослабевать. Утром 9 сентября обстановка на фронте стала совершенно иной. Гитлеровцы осознали катастрофичность положения, в котором они незамедлительно оказались бы, если бы советские войска заняли район Прешов, Кошице и очутились в тылу немецких войск, действующих в Румынии и Венгрии. Гитлеровское командование быстро сосредоточило на участке прорыва резервы, в первую очередь танковые. В течение ночи в спешном порядке прибыли и утром с ходу вступили в бой 75-я пехотная дивизия противника и части 1-й и 8-й танковых дивизий. Чтобы организовать оборону на наиболее угрожаемых направлениях, из Словакии были переброшены некоторые части, действовавшие против повстанцев. Эти первые перемещения сил гитлеровское командование провело с поразительной быстротой. Таким образом, оборонительный маневр противника в самом начале укрепил его позиции, и задачи операции вследствие этого не были выполнены, как планировалось. В этом в значительной мере были повинны две словацкие дивизии. По вине командования они позволили себя разоружить и, таким образом, не оказались в районе Дуклинского и Лупковского перевалов, откуда во взаимодействии с Советской Армией должны были ударить в тыл противнику и уничтожить его. В результате измены этих дивизий противник получил возможность маневрировать силами для обороны дуклинского направления, не опасаясь за свой тыл. Словацкие дивизии, как главная сила словацкой армии, не присоединились к восстанию. В результате в решающей начальной фазе сражения был потерян темп наступления, и это трудно было поправить. Сила сопротивления противника возрастала. На пятый день операции обороняющийся противник имел уже преимущество в танках в сочетании 2,3 : 1; в людях силы были выравнены.
Обе стороны начали подтягивать все новые и новые силы. В необычайно ожесточенные бои в горах с многочисленным и хорошо вооруженным противником были втянуты все силы и средства 38-й армии и часть сил 1-го Украинского фронта. Жестокий и затяжной характер боев за отдельные доминирующие высоты сохранялся в течение всей операции. 12 сентября 1-й гвардейский кавалерийский корпус совершил смелый бросок в узкий коридор между Лысой Горой и поселком Глойсце, однако его героические рейды в окружении, в глубоком тылу противника, не изменили ситуации.
К 14 сентября уже девять пехотных и две танковые дивизии противника вступили в бой. Чтобы сломить сопротивление противника, командующий 1-м Украинским фронтом решил 15 сентября усилить 38-ю армию новыми стрелковыми дивизиями, двумя корпусами и большим количеством артиллерии. Войска настойчиво проникали к перевалам, но чем ближе они подходили, тем упорнее становились бои. Однако ни изматывающие бои, ни огромные потери не сломили упорство советских и чехословацких воинов. Стремясь как можно быстрее занять Дуклинский перевал, перейти Карпаты и помочь словацким повстанцам, они занимали высоту за высотой.