1915年1月22日—1915年1月24日，德軍和奧匈軍隊轉入進攻，向桑博爾和斯特雷實施突擊。幾乎與此同時，俄軍第8集團軍發起進攻。由於在山地複雜地形條件下進行冬季作戰，雙方又多次發生遭遇戰鬥，俄軍進展遲緩。
直到2月初，集團軍右翼才佔領喀爾巴阡山的科內奇納、巴利格魯德地段。在斯特雷方向，俄軍頑強防禦，但方面軍左翼軍隊在聯軍優勢兵力的壓迫下，被迫向錫雷特河、並進而向普魯特河和德涅斯特河撤退。西南方面軍司令重新變更軍隊部署。
2月底，方面軍抽調右翼幾個軍加強左翼，並新組建成第9集團軍(步兵師8.5個、騎兵師5個，由列奇茨基將軍任司令)。該集團軍在博列霍夫至羅馬尼亞邊境一線展開，受命攻擊向納德沃爾納亞和斯坦尼斯拉夫(伊萬諾—弗蘭科夫斯克)發動進攻的敵軍。
3月中旬，大本營改變了1915年戰局的計劃，命令西南方面軍進攻布達佩斯，而西北方面軍則進行防禦。整個3月份，在第8集團軍及第3集團軍左翼地帶內戰鬥連續不斷。聯軍曾千方百計企圖解除佩列梅什利之圍，但該要塞12萬奧匈守軍被圍6個月之後於3月22日投降。騰出的第11集團軍所屬兵團和部隊分別配屬給了第8、第3兩集團軍，這兩個集團軍受命突破德奧聯軍中央的防禦，並向第9集團軍當面敵人的側後穿插。
俄軍第8和第3集團軍在對德軍南集團軍和奧匈第3集團軍發動的新的進攻中，僅前進20公里。第8集團軍佔領貝斯基迪山脈。3月底德軍指揮部調來貝斯基迪步兵軍(3個師)抗擊俄軍進攻。
喀爾巴阡的血戰一直延續到4月24日。由於傷亡重大、人員疲憊、春季泥濘，以及多處無通行道路，伊萬諾夫將軍只得下令停止進攻，固守所佔地區。
此戰，俄軍損失約100萬人，德奧軍隊損失約80萬人，俄軍未達到既定目的。這是因爲缺乏必要的預備隊，所需火炮和彈藥也未得到保障。
喀爾巴阡戰役中，不但俄軍計劃落空，而且德奧聯軍統帥部企圖大範圍包圍俄軍左翼和解除佩列梅什利之圍的計劃亦遭到破產。雙方的交戰形成爲在200公里寬的正面上進行面對面的搏鬥。喀爾巴阡戰役的意義在於俄軍牽制了德奧聯軍大量兵力，使英、法兩國軍隊得以在巴爾幹半島和其他地區積極作戰。
