Не смогли германцы перебросить из Восточной Пруссии войска и в Польшу, где осуществлялась Варшавско-Ивангородская стратегическая операция. Она началась 15 сентября с наступления вражеских войск и продолжалась до 26 октября. Русский стратегический план заключался в перенесении «центра тяжести» действий на левый берег реки Вислы – планировался удар на Силезию с последующим наступлением к верхнему Одеру и далее на Берлин. Командование противника планировало предотвратить коллапс австрийского фронта, а также сорвать крупномасштабное наступление русских армий в Силезию, являвшуюся центром добычи минерального сырья.
Оперативно сражение вылилось во встречное столкновение крупных масс русских и австро-германских сил. Перед русскими 4-й, 5-й и 9-й армиями, перебрасываемыми в район Ивангород – Сандомир, стояла задача нанести фронтальный удар (от Ивангорода), перед 2-й – осуществить фланговый охват противника (от Варшавы). А 3-я и 8-я армии в Галиции, 1-я и 10-я в Восточной Пруссии выполняли вспомогательные задачи. Таким образом, реализации операции в той или иной степени были подчинены действия всех русских армий германского и австрийского фронтов.
Германское командование также осуществило перегруппировку: сформировало из главных сил 8-й армии и переброшенных с Запада частей 9-ю армию под командованием П. Гинденбурга (к тому же являвшегося верховным руководителем всеми германскими вооруженными силами на Востоке) с задачей вести наступление на Варшаву и Ивангород. Непосредственно содействовать немцам должна была австрийская 1-я армия, были задействованы другие армии Австро-Венгрии. Южная вспомогательная группа (эрцгерцога Фридриха) состояла из австрийских 4-й, 3-й, 2-й армий и армейской группы К. Пфланцер-Балтина. Иными словами, противник также задействовал основные силы своего Восточного фронта.
Важнейшей заслугой русского верховного командования было то, что с помощью энергичного маневра (прежде всего железнодорожного) смогло создать перевес в силах над противником на главном участке операции (1,6 к 1 в пехоте и 1,5 к 1 в артиллерии), что в немалой степени способствовало ее успеху. Сражение проводилось на фронте протяженностью свыше 300 км.
На первом этапе битвы (германское наступление) противник продвинулся до р. Вислы у городов Опатов и Сандомир левым флангом, нанося удар на Варшаву с заслоном на Ивангородском направлении. Ударная группа А. фон Макензена с 24 сентября вела тяжелые бои на подступах к Варшаве с частями русской 2-й армии. Параллельно германцы атаковали Ивангород, ведя бои с 4-й армией. Первостепенное значение (как для немцев, так и для готовившихся наступать русских войск) приобрела борьба за плацдармы (Козеницкий плацдарм вошел в историю как пример мужества русских войск 4-й и подошедшей к ней на помощь 5-й армии) и переправы. Придавая огромное значение Козеницкому плацдарму, германцы делали попытки опрокинуть изолированные русские части в Вислу. Однако, несмотря на большие потери, наши войска не только удержали плацдарм, но и перебросили на левый берег Вислы 3-й Кавказский армейский и 17-й армейский корпуса, сумевшие сковать значительные силы противника и тем самым создать основу для дальнейшего успешного наступления.
На втором этапе операции русская 2-я армия 29 сентября нанесла неприятелю сильный встречный контрудар, позволивший обезопасить Варшаву от обстрела дальнобойной артиллерии немцев. Источник так передает тяжесть этих боев: «Энергия немцев изумительна. В течение последних дней некоторые пункты нашей позиции […] несколько раз переходили из рук в руки и остались за нами. Упорные атаки немцы производят на Прутков, Пенцице и Соколов. Все атаки блестяще отбиваются».[128] 4 октября наиболее сильные атаки немцев на Прутков удалось отбить одним артиллерийским огнем. Бои у Пруткова – гордость бывшей «самсоновской» 2-й армии: «Упорство немцев чрезвычайное. На всем фронте в течение этих дней немцы ведут бешеные атаки. Некоторые пункты были атакованы по три раза в сутки, как, например, Прутков, атакованный вчера три раза. Атаки ведутся и ночью. Ракитно восемь раз переходило из рук в руки и осталось за нами. Штыковые атаки немцев, которые велись ими неоднократно на всем фронте, указывают на то важное значение, которое придает противник овладению позициями 2 армии. Войска 2 армии имели перед собой достойного уважения за свою храбрость противника, встретившего и в войсках 2 армии несокрушимую твердость. Наши доблестные войска отбили все атаки нем цев с огромными для них потерями и сегодня продвигаются левым флангом вперед, выбивая немцев штыками из их позиций, с целью выиграть необходимое пространство для развертывания корпусов переправляющейся 5 армии».[129]