最不顺利的是乌克兰第3方面军，进攻前由于方面军政委谢苗诺夫，坚持不用中国战略空军配合，依靠绝对优势的炮火和装甲部队，在空军和武装直升机的配合下，独立完成突破乌克兰伪军防御的任务。总指挥华西列夫斯基元帅干涉未果，谢苗诺夫坚持写报告上报斯大林，结果还没等到斯大林回信，战役就按照计划的时间开始了。乌克兰第3方面军的任务很艰巨，进攻方向为第聂伯罗彼得罗夫斯克、扎波罗热。渡过第聂伯河以后，向西合围驻扎在基洛沃格勒的德国ss第一装甲师，力争将其就地歼灭。然后继续横扫乌克兰西部，直至科多夫斯克、图利钦。为此，配属给第3方面军三个大队的武装直升机，是进攻的四路苏军中实力最强的一路，这也是谢苗诺夫政委敢于叫嚣的原因。
第一天，在经过猛烈地空中轰炸和地面炮火准备后，乌克兰第3方面军，以及配属的远东第5、25集团军，远东红旗坦克集团军，发起了强大的全线出击。但是乌克兰伪军却从地下涌出，给予苏军的装甲部队迎头痛击，密集交叉的反坦克炮的火力，使苏军坦克损失严重，被反坦克手雷和火箭筒击毁的坦克更多，人员伤亡更是令人难以接受。在付出巨大的代价以后，也就才前进了五公里。
第二天，遭到的抵抗更加猛烈，甚至乌克兰伪军出现在苏军后方，拦击后面的步兵部队，切断了装甲集群的补给线。基洛沃格勒的德国ss第一装甲师也赶来参战，本来计划是由第3方面军合围ss第一装甲师，结果却被ss第一装甲师将被乌克兰伪军，纠缠的举步维艰的苏军装甲部队包围。经过一番激烈的坦克大战，击毁苏军坦克349辆，迫使苏军停止进攻，用猛烈的炮火阻止德国装甲部队的反击。就在谢苗诺夫政委目瞪口呆时，华西列夫斯基派来的执法队也到了，带队的乌尔察克上校出示了斯大林的来电：对于利用红军战士的生命，进行个人政治投机的败类，立即就地免职，就地逮捕，就地枪毙。
作为弥补措施，华西列夫斯基命令乌克兰第3方面军司令马利诺夫斯基大将，立即重新组织进攻部队，请求中国战略空军立即提供空中支援。同时命令朱可夫协调乌克兰第2方面军，分兵一部向南攻占基洛沃格勒。已经正在攻击尼古拉耶夫的远东红旗坦克集团军，立即北上驰援乌克兰第3方面军，会同乌克兰第2方面军的部队，合围基洛沃格勒，切断德国ss第一装甲师的退路。经过一番战略调整，在马利诺夫斯基大将指挥下，乌克兰第3方面军，重整旗鼓开始了新的进攻。
斯大林拿着来自乌克兰前线的战报，以及克格勃提供的中国战略空军的轰炸效果评估报告，看完后放在桌子上默默不语，一声不响地只是吸着烟斗。铁木辛哥元帅拿起报告，一边看一边不断地擦着汗水，暗自在想象着这些变态的炸弹，如果投在红军头上的可怕情景。
良久，斯大林对铁木辛哥说道：“我看，在远东边境除了边境守备部队，把所有的精锐部队都调到西线来吧，集中力量对付希特勒。你的意见呢？铁木辛哥同志。”
“我没有意见，斯大林同志。我们目前不会再同中国发生边境冲突，反正放在远东也派不上什么用场，用来加强西线打击希特勒的力量，这也许是我们最佳的选择。”是啊，斯大林和铁木辛哥都意识到，那些远东的部队根本阻止不了中国人，前提是中国人想要进攻苏联的话。
两周以后，强大的苏军占领了乌克兰全境，并且肃清了零星抵抗的残敌，只是在一些边界地区还有局部战斗。本来希特勒还想反击，看到苏联在乌克兰投入的力量，以及苏军在西线不断地增兵，于是打消了反击乌克兰的念头，派出精锐的德军在罗马尼亚和白俄罗斯进行防御。
斯大林在乌克兰战役胜利结束后，给mzd总统的一封信中说道：“虽然寒冷的天气帮助了红军，但是中国同志的无私援助，才是我们红军制胜的根本因素。苏联坚决响应并拥护，停止世界战争，维护人类和平的行动。衷心地祝愿中苏两党，两国的友谊能够得到长足的发展。”
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