苏军选定的突破地段位于东喀尔巴阡山西北部，是东喀尔巴阡山南北向的最狭窄处，平均海拔为650-850米，这里山岭上森林茂密，道路稀少，只有几条通过主岭的山口便于通行，其中通过海拔503米的杜克拉山口的道路最便于军队机动，而且这里正好也是第17集团军和海因里希集群的结合部，苏军的突击方向就指向这里。
在1944年9月3日乌克兰第1方面军呈报给最高统帅部的计划中可以发现科涅夫对于这场即将到来的大战显得过于乐观：首先是战役准备时间不足。按计划规定，第38集团军仅有5天的准备时间，这对于一个缺乏山地作战经验和能力的集团军来说明显是不够的。二是过于高估了斯洛伐克起义军的战斗力，科涅夫计划在5天内就通过德军重兵把守的要津——杜克拉山口，其中一个很重要的条件就是要求在敌占区的斯洛伐克军第1，第2师和游击队在后方协助进攻杜克拉山口，但后来的战局证明斯洛伐克起义军并不具备这样的能力。
山口争夺
虽然准备仓促，但为了尽快翻越喀尔巴阡山，乌克兰第1方面军还是在战前大大加强了第38集团军(司令莫斯卡连科上将)的实力，到进攻前夕，第38集团军的编成内已有第52，第101和第67步兵军(下辖近卫第70步兵师，第305，第304，第140，第183，第241，第211，第340和第121步兵师)，第25坦克军，近卫第1骑兵军，捷克斯洛伐克第1军(在苏联组建)，突破炮兵第17师，第21高炮师，第42摩托化工兵旅，第18，第32近卫火箭炮兵旅和第82，第88近卫火箭炮兵团。这样的规模在苏军集团军级的编制中是比较罕见的。而德军在此防守的兵力相对要少很多，包括第17集团军党卫军第11军的第545掷弹兵师和海因里希集群第24装甲军的第208和第68步兵师以及统帅部预备队的第1工兵教导营，党卫军第1004营，党卫军第611团第2连，第96步兵师的一个营。苏军在主要突击方向上对德的兵力优势达到了7-8倍。但由于喀尔巴阡山区道路稀少，德军得以用较少的兵力扼守各山口公路要津，因此对于防守一方来说更为有利，苏军在局部的兵力优势将会被抵消。
骑兵冲击
鉴于迟迟无法在德军重点设防杜克拉镇正面有所进展，因此苏军决定在杜克拉镇侧翼寻找突破口。1944年9月11日，第101军在利萨古拉和格洛伊斯采村(两村位于杜克拉镇西北5-8公里处)之间的德军阵地上打开了一道2公里宽的缺口。这个缺口从一个山谷通过，苏军惊喜的发现，德军竟然并未在山谷周围的群山中设下重兵。科涅夫立即意识到这是打破僵局的一个绝好机会，他立即命令随第101军跟进的近卫第1骑兵军轻装前进从这个缺口突入并快速南进同东斯洛伐克的起义军会合。他满怀信心的告诉近卫第1骑兵军军长巴拉诺夫将军：“骑兵已具备有利条件。你们在向敌后方突破时，将得到居民，各游击支队和起义者的全面支持。大胆行动吧。”但后来的事实证明，科涅夫的这道命令还有待商榷，他在敌情，地形不明的情况下，命令骑兵部队抛下大部分技术兵器在山地条件下向敌后实行纵深突击确实有轻敌之嫌，而且他可能还不知道他曾给予厚望的斯洛伐克起义军的2个师已经在9月初被德军击溃，所谓的接应和配合根本从战役一开始就无从谈起。
近卫第1骑兵军在进入突破口的前两天还算顺利，突进了大约20公里。到1944年9月13日，近卫第1骑兵军的近卫骑兵第1师和近卫骑兵第7师分别在下波兰卡和巴拉内越过了波捷边境。不过好景不长，德军的预备队迅速赶来，对近卫第1骑兵军发起了致命的反击：1944年9月14日，瓦尔纳.马克斯上校指挥的第1装甲师从利萨古拉地域向东，戈特弗雷德.弗洛里希少将指挥的第8装甲师从杜克拉地域向西同时实施了强大的反击。一举切断了近卫第1骑兵军与第38集团军主力之间的联系。自大的苏军这下可尝到了轻敌所带来的苦果，德军两个装甲师的突然反击就象一条扎紧袋口的绳子迫使近卫第1骑兵军重演了莫斯科反攻时的一幕，又被海因里希的部队包围在了敌后。由于是轻装行进且后路被断，近卫第1骑兵军只得放弃进攻，在波良内以西转入了环形防御。这时巴拉诺夫将军才发现当初丢下后续部队孤军深入的决定是多么的卤莽，他的大部分炮兵还远在新兹米格鲁德和杜克拉地域的公路上，随骑兵战斗队型前进的只有几门45毫米加农炮和82毫米迫击炮。面对德军的围攻，近卫第1骑兵军遭到了严重的伤亡，而且弹药和粮草也很快告罄。从1944年9月16日开始，其供给只能依靠前线航空兵来保障。
1944年9月16日“海因里希”集群序列(可与一个月前的序列做一番比较)
“海因里希”集群
德军第1装甲集团军：
第11军：第168，第254，第96步兵师
第49山地军：第100，第101猎兵师，匈牙利第6，第13师
第24装甲军：第68，第75，第357步兵师，“皮希勒”战斗群(司令皮希勒中将，下辖第1装甲师，第8装 甲师一部和第208步兵师)
匈牙利第1集团军：
匈牙利第6军：匈牙利第10师，匈牙利第1山地步兵旅
匈牙利第3军：匈牙利第16，第24师
预备队：匈牙利第1山地步兵旅
“海因里希”集群总预备队：第154后备师
侧翼抢攻
1944年9月15日中午，苏军第67军和近卫第4坦克军在第38集团军左翼发起了进攻，一开始由于德军主力尚被牵制在杜克拉镇及其以西地域，苏军的进攻较为顺利，近卫第4坦克军很快便拿下了雷曼努夫。但在雷曼努夫以南，苏军的坦克遭到了德军反坦克炮火的顽强抵抗，进攻只好停了下来。在此情况下，科涅夫和莫斯卡连科认识到如果在雷曼努夫以南继续耗下去，苏军这次进攻的突然性将会很快消失，因此迅速下令改变突击方向，停止向雷曼努夫以南进攻，而将坦克部队向东调到贝斯科(位于雷曼努夫以东约6公里)地域，以便经过山间通路向塔尔纳夫卡实施突击，尔后沿山岭南斜面向杜克拉方向发展进攻。
苏军的这次调整异常迅速，9月18日晨，近卫第4坦克军和刚加入第38集团军战斗序列的第31坦克军(两个坦克军拥有144辆坦克和自行火炮)由贝斯科以南发起了进攻，但山间道路的狭窄，造成坦克部队无法展开成战斗队型，被迫成纵队前进。在进攻开始后的24小时里，缺少步兵掩护的苏军坦克纵队遭到了德军部署在道路两侧山岭上的反坦克炮的贯穿射击，损失很大。而且被击毁的坦克常常堵塞道路，严重阻滞了苏军的前进。两军在山谷中的血战持续了整整一天，苏军费了牛劲才在19日晨打通了山间通路，前出到塔尔纳夫卡地域。应当说，虽然苏军左翼在18日的进攻付出了高昂的代价，但他们成功的在德军防线的侧翼打开了突破口，迂回到了杜克拉镇的后方。直到这时，海因里希才发觉到了事情不妙，连忙下令暂停第1，第8装甲师在杜克拉镇发起的反击并将在杜克拉镇和雷曼努夫地区沿山脉设防的第75和第68师南调2-10公里撤到蒂拉瓦东北山坡一线，以对付苏军坦克的进攻。但德军的调动尚未完成，苏军的坦克部队便象猛虎下山一样，扑向杜克拉镇。9月20日，
近卫第4坦克军向西疾进18公里，中午过后已逼近杜克拉镇。与此同时，捷克斯洛伐克第1军也从北面接近了杜克拉镇。下午3点30分，近卫第4坦克军在军长帕维尔·巴甫洛维奇·博卢波雅诺夫的率领下从东面攻入杜克拉镇，到20日日终时，苏军已完全控制了杜克拉镇。这是乌一在喀尔巴阡战役发起以来的第一次重大胜利，苏军利用陷入重围的近卫第1骑兵军成功的吸引了德军的大批生力军(虽然近1骑的被围并不是科涅夫的原意)，果断的改变突击方向在2天内迅速绕道德军身后拿下了杜克拉镇。科涅夫后来在他的回忆录《方面军司令员笔记》中写到“如果考虑到山地斗争的所有复杂性和波折，可以大胆地说，这是集团军部队及其配属坦克军的一个重大胜利。”这一评价是中肯的。攻克杜克拉镇后，苏军只经过短暂的休整就于9月23日沿杜克拉镇——杜克拉山口的公路向蒂拉瓦发起了突击，打头阵的仍然是在攻克杜克拉镇的战斗中立下大功的近卫第4坦克军和第31坦克军，虽然这两个坦克军在19-20号的战斗中损失巨大，但因为近卫第1骑兵军经过1个多星期的围困已处于弹尽粮绝的边缘，形势不能再给苏军更多的整备时间了。为了能尽快突破德军防线，苏军选定的突破地段仅有1公里，而就在这1公里的正面苏军便集中了300门火炮和39辆坦克。事实证明苏军的部署非常奏效，在进攻发起后5小时苏军就顺利攻下了杜克拉镇以南10公里的蒂拉瓦。第2天，苏军主力终于和向蒂拉瓦突围的近卫第1骑兵军会合。跳出重围的近卫第1骑兵军因损失巨大，只得退出一线战斗去做方面军的预备队。
乌四助攻
当乌一在杜克拉方向上取得突破的同时，它左翼原本担任助攻的乌克兰第4方面军也变得积极起来。鉴于当时“海因里希”集群的大部分机动兵力被吸引到乌一方向的形势，乌克兰第4方面军建议把由近卫第1集团军开始实施的战役扩大为方面军战役，乌四拟将方面军预备队的第11军加强给近卫1集，向萨诺克，斯尼纳，米哈尔奥夫采方向实施突击。此外，计划还向这一地区增派辖有3个师的第3山地军(原隶属于第18集团军)乌克兰第4方面军还希望将第18集团军的第95军投入向乌若克和乌日戈罗德的突击。但是苏军最高统帅部在1944年9月17日的回复中拒绝了乌克兰第4方面军的部分提议“1，您将方面军主要集团的进攻方向向东偏转过多，这样将失去同乌克兰第1方面军第38集团军的协同。进攻的主要方向应是科曼恰，胡门内，米哈尔奥夫采。”但总的来说，随着乌一在杜克拉方向打破了僵局，乌四的进攻还是很顺利。到9月20日，它的第242山地师和近卫第129师已在卡利诺夫村附近越过了捷克斯洛伐克边界。由于乌一牵制了德军的大部分主力，乌克兰第四方面军到10月18日已越过了东喀尔巴阡山。其下属的近卫第17独立步兵军在同一天占领了蒂萨河岸的西格特并与乌克兰第二方面军第40集团军的侧翼相连。
战役余波
再回到乌克兰第一方面军这边，9月23日第38集团军进占蒂拉瓦后，已经进抵喀尔巴阡山脉的主岭——杜克拉山口附近德军设防最坚固的阿尔巴德防线，到9月26日，德军在第38集团军当面已经集结了10个师。德军在阿尔巴德防线上布满了堑壕，地雷场和永备工事。要完全突破阿尔巴德防线难度是可想而知的。科涅夫在他的回忆录中写到“迄今为止，在军事历史上还没有完成这一复杂任务的先例。”为此，苏军在9月下旬再次变更了部署并调整了主突方向。苏军计划避免直接强突杜克拉山口，而是将主突方向转向杜克拉山口西南的古塔波兰斯卡，兹博罗夫。拟由第101军和第67军的相邻侧翼实施突破。并将第38集团军麾下的3个坦克军——近卫第4坦克军和第25，31坦克军(平均每个军只有60辆坦克)全部集中于该方向支援步兵的突破。苏军汲取了前段时间作战的经验，在预定突破地段集结了大量火炮，使突破地段上的火炮密度达到了每公里159门。
9月30日晨，经过40分钟的火力准备后苏军于9时发起了进攻。但连日的阴雨天气使苏军航空兵无法出击，加上复杂的地形条件使苏军的进攻一开始就陷入了泥潭。苏军第101军在波良内遭到德军的顽强阻击，举步唯艰。第2天，第101军果断变更了部署，命令第127师从北面冲击波良内，而近卫第70师和近卫第14坦克旅从南面迂回这一据点。另外，苏军还向波良内方向增派了大量炮兵。经过一天的激战，苏军才在10月1日晚攻克了波良内。位于第101军左翼的第67军的处境则更为艰难，恶劣的天气使本就少得可怜的道路更加泥泞难行，到10月3日，这个军前锋的第241师才向前推进了5公里，平均每天才1公里多一点。不过战局的转变却在转瞬之间，苏军的进展虽然缓慢(从9月30日到10月4日，第38集团军总共只前进了5-10公里)，却严重的威胁到了杜克拉山口侧翼的安全。而且经过近一个月的山地苦战，德军已相当疲惫。由于担心苏军会深入其防守杜克拉山口集团(主要是第1滑雪猎兵师和第359步兵师)的后方。因此，德军主动放弃了杜克拉山口，10月5日夜间，德军开始从杜克拉山口南撤。次日，苏军第67军和捷克斯洛伐克第1军没费多大劲就拿下了杜克拉山口。(后来10月6日这天被捷克斯洛伐克定为建军日)如此轻易的夺取了杜克拉山口可能是苏军方面事先没有想到的，对此我的看法是苏军在多个方向突破喀尔巴阡山已经使继续坚守杜克拉山口失去了意义，战局进行到这个时候，德军“海因里希”集群阻止苏军翻越喀尔巴阡山进入斯洛伐克已无可能，而利用有利的地形条件牵制苏军乌克兰第一和第四方面军更多的兵力，减轻友军在波兰和南欧所受的压力就成了“海因里希”集群更为现实和有效的目标。在这种情况下海因里希下令放弃杜克拉山口和阿尔巴德防线应当说是明智的。
德军第1装甲集团军序列(1944年9月28日)
司令：戈特哈德.海因里希大将
第49山地军：第100猎兵师，第101猎兵师
第24装甲军：第357步兵师，第68步兵师，第75步兵师，第1滑雪猎兵师，第24装甲师 注释1
第11军：第254步兵师，第168步兵师，第96步兵师，第97猎兵师
集团军预备队：第154后备师，第1装甲师
注：第1滑雪猎兵师是1944年夏由第1滑雪猎兵旅和第52步兵师的残部合并而成，这时的师长是39岁的马丁.伯格少将。
进抵喀尔巴阡山主脉各分水岭地
进抵喀尔巴阡山主脉各分水岭地
苏军在顺利攻占杜克拉山口后又向南推进了3-5公里，但遇到了德军的猛烈抵抗，到10月8日，苏军的进攻再一次停了下来。10月10日，为避免从正面冲击德军的坚固防御地段，苏军又一次改变了突击方向，向瓦佩尼克，尼日尼.米罗舍夫方向实施突击，以便夺取通往兹伯罗夫的公路。但恶劣的天气状况和糟糕的地形条件再次限制苏军的机动和后勤运输。一直到10月19日，苏军还是未能在杜克拉山口以南的波捷边界上取得显著的战果，进攻又一次陷入停顿。为了摆脱被动局面，莫斯卡连科再次下令改变突击方向，使用主力向克鲁日洛瓦，卡波绍瓦，斯维德尼克方向突击。10月25日，第38集团军重新发起进攻，到10月28日已突入翁达瓦河河谷，但在斯维德尼克以北遭到德军的顽抗而全面转入了防御。至此，第38集团军历时50天的喀尔巴阡-杜克拉战役到此终于结束。苏军经过1个半月的血战虽然成功翻越了东喀尔巴阡山，但损失是相当惨重的，苏军第38集团军的伤亡病超过8万人，而依托山地设防的德军只付出了伤亡约6万人的代价。苏军参战的机动部队——3个坦克军和1个骑兵军在50天的血战中遭到了重创。苏军原先计划4天前进95公里，平均每昼夜进攻速度约24公里，而实际上战役进行了50天，前进了46公里，只完成了任务的一半，平均每昼夜进攻速度还不到1公里，几乎退回到一战时期的水平。从这个角度来看，德军“海因里希”集群的防御作战应当是成功的。
此外，在喀尔巴阡-杜克拉战役期间，苏军已在巴尔干地区取得重大战果，罗马尼亚，保加利亚和南斯拉夫先后落入苏军手中，乌克兰第二方面军也成功穿过特兰尼瓦尼亚高原进入中欧平原。在这样的背景下，苏军翻越东喀尔巴阡山进入斯洛伐克，夺回了乌日哥罗德附近一小块斯洛伐克领土实际上已经没有多少军事上的意义。而这次进攻却使苏军付出了沉重的代价，参战的乌克兰第一和第四方面一共损失了超过12万人(纯减员26843，伤病99368)，几乎占到了全部参战兵力的三分之一。(注：这个数字和前面那个数字不同之处在于喀尔巴阡-杜克拉战役是东喀尔巴阡战役的一部分，东喀尔巴阡战役主要包括乌一的喀尔巴阡-杜克拉战役和乌四的乌日哥罗德战役，12万这个数字则是东喀尔巴阡战役苏军的全部损失)
惨重的损失和每昼夜平均不到1公里的进攻速度使苏军意识到从纵向强突地势恶劣的喀尔巴阡山是没有好果子吃的，一直到1944年末苏军再也没有由大部队横越喀尔巴阡山的战例。因此，三面处于群山环抱中的德军驻捷克斯洛伐克的重兵集团此后一直是横亘在苏军在波兰——巴尔干两大进攻集团中间的一块硬骨头，在波兰和中欧——巴尔干的德军被苏军大量歼灭的1945年，驻捷德军却存活了下来，成为德国投降前在中欧地区唯一保存下来的重兵集团，直到欧洲战场的最后一役——布拉格战役。