Соотношение сил к началу операции было не в пользу русских войск (367 тыс. человек против 380 тыс. и 1,3 тыс. орудий против почти 2 тыс.). По словам Э. Фалькенгайна, радиограммы давали немцам «возможность с начала войны на Востоке до половины 1915 года точно следить за движением неприятеля с недели на неделю и даже зачастую со дня на день и принимать соответствующие противомеры».[135] Офицер штаба 1-го армейского корпуса русской армии полковник Ф. Ф. Новицкий отмечал: «В этом отношении под Лодзью дело дошло до курьеза: наша радиостанция приняла немецкое радио с просьбой не беспокоиться шифровать наши депеши, так как все равно немцы их расшифровывают».[136]
Боевые действия в ходе операции развернулись в три этапа: наступление 9-й германской армии, удары вспомогательных корпусов (29 октября – 8 ноября); бои в окружении ударной группы противника и отход германцев (9–15 ноября); оборонительные бои русских войск (конец ноября – начало декабря).
29–30 октября немцы в результате тяжелых боев отбросили (битва у Влоцлавска) левый фланг 1-й армии; 1–2 ноября развернулись бои у Хелмно и Кутно, в результате разорвалась связь между русскими 1-й и 2-й армиями, оголились фланг и тыл последней. В связи с этим с 4 ноября при подходе вспомогательных корпусов П. Гинденбург ставил целью обойти 2-ю армию с обоих флангов и сомкнуть кольцо окружения в районе Лодзи. Однако создавшуюся критическую ситуацию выправили успешные действия русской 5-й армии: развернувшись на фронте Пабиянице – Ласк, она энергично перешла левым крылом в наступление, остановила продвижение немецких 3-го кавалерийского корпуса и корпуса «Познань», нанеся им большие потери. К вечеру 6 ноября сложилось прочное положение в центре, на левом фланге русской 2-й армии и угрожающее на правом, где все глубже продолжала вклиниваться обходящая ее группировка генерала Р. фон Шеффера-Бояделя.
Вскоре немцы захватили Кутно и продолжили наступать на Лович – узел сообщений русских 2-й и 1-й армий. Они фактически полуокружили 2-ю армию, захватив 6 ноября Брезины. Но дальнейшие успехи германцев были парализованы подходившими частями русской 5-й армии. С утра 8 ноября завязалось ожесточенное сражение на ее левом крыле. Бригада корпуса «Бреславль», австро-венгерская 7-я кавалерийская дивизия, корпус «Познань» и 3-й кавалерийский корпус немцев обрушились на 19-й армейский и 2-ю дивизию 1-го Сибирского армейского корпуса, пытаясь обойти левый фланг 19-го армейского корпуса. Но последний с подошедшей 7-й пехотной дивизией не только остановил эту атаку, но и сам начал теснить немцев. Энергичными действиями 1-й Сибирский армейский и 19-й армейский корпуса вынудили немцев к беспорядочному отходу.
Части русской 5-й армии парализовали южную «клешню» германского наступления. 9 ноября ударная группа Р. фон Шеффер-Бояделя попала в окружение, что стало переломным моментом Лодзинского сражения. Получился как бы «слоеный пирог» – немецкая группировка Шеффер-Бояделя, взявшая в полукольцо русскую 2-ю армию, сама попала в окружение. Участник операции В. И. Гурко, в то время командир 6-го армейского корпуса 1-й армии, отмечал впоследствии: «Германские корпуса из состава армии Макензена, оказавшиеся между двух огней, уже находились в предчувствии момента, когда им придется сложить оружие».[137] Но из-за просчетов командования Северо-Западного фронта части Шеффера-Бояделя в ночном бою 11 ноября прорвали позиции 6-й Сибирской стрелковой дивизии и соединились с главными германскими силами.
12 ноября русские 2-я и 5-я армии перешли в наступление. Для облегчения положения на фронте своей 9-й армии немцы, начиная с 14 ноября, вели настойчивые атаки на фронте русской 1-й армии и в стыке между 5-й и 4-й. Противник ввел в бой значительные резервы, переброшенные с Французского фронта. В силу общей обстановки и под напором свежих соединений неприятеля русские армии вынуждены были осуществить общий отход. В начале декабря начались позиционные бои на линии рек Бзура – Равка – Нида – Дунаец, которую русские войска удерживали в течение нескольких месяцев. Австро-германцы достигли стратегических целей операции – сорвали крупномасштабное наступление русских армий в глубь Германии. Э. Людендорф удовлетворенно констатировал: «Германия и Австро-Венгрия были спасены от русской опасности».[138]