Крупных успехов в ночных боях достигли танковые соединения. С зажженными фарами, воющими сиренами, ведя интенсивный огонь из пушек и пулеметов, они прошли через боевые порядки пехоты противника и стремительно атаковали его. Этот оригинальный прием ночной атаки танковыми частями в сочетании со смелым маневром по лесным дорогам оказал ошеломляющее действие на противника, который, не оказывая серьезного сопротивления, начал отходить к городу. Преследуя врага, части 7-го гвардейского танкового корпуса к утру 5 ноября вышли в район Святошино и продолжали наступление на Васильков. В сражение был введен кавалерийский корпус. 38-я армия, преодолев сопротивление противника на окраинах Киева, во второй половине дня завязала бои в центральных кварталах города. Всю ночь в Киеве шли ожесточенные бои. В полночь подразделения 51-го стрелкового и 5-го гвардейского танкового корпусов прорвались к центру города.
Немецко-фашистское командование было ошеломлено силой удара советских войск. К исходу 6 ноября штаб главного командования сухопутных войск германской армии отмечал: «Существующая в настоящее время обстановка в районе Киева свидетельствует о наличии крупной неприятельской операции прорыва, которая будет иметь решающее значение для всего Восточного фронта. Очаг главной опасности на участке группы армий «Юг» находится в районе Киева».
В ходе операции войска 1-го Украинского фронта нанесли тяжелое поражение 4-й танковой армии противника. Они уничтожили и захватили в плен более 41 тыс. солдат и офицеров, 1,2 тыс. орудий и минометов, 600 танков и штурмовых орудий, 90 самолетов и много другой боевой техники. План немецко-фашистского командования удержаться на Днепре в районе Киева провалился. За 10 дней наступления войска фронта продвинулись до 150 км, освободили столицу Украины, важные железнодорожные узлы и населенные пункты. На правом берегу Днепра в районе Киева был создан плацдарм до 150 км в глубину и более 500 км по фронту, сыгравший огромную роль в освобождении Правобережной Украины. Своим наступлением войска 1-го Украинского фронта сорвали контрнаступление немецко-фашистских войск на кировоградском направлении.
Боевые действия советских войск с начала 1944 года развернулись под Ленинградом, на Новгородском направлении, в Белоруссии и в Прибалтике.
