Поляки воспользовались замедлением темпа наступления большевиков и организовали планомерный отход своих частей, а также подтянули резервы. У большевиков резервов не было, кроме того, из-за отсутствия связи между командованием и тыловыми учреждениями фронта и армий, а также вследствие недостатка обозов нарушилось регулярное снабжение боеприпасами. Тем временем польское командование спешно подтягивало резервы, усиливая свои войска перед Западным фронтом. Подход свежих сил позволил уже к 30 мая остановить дальнейшее продвижение войск Западного фронта. За 17 дней наступления части 15-й армии продвинулись вперед только на 110–130 км.
Для восстановления утраченных позиций польское командование создало ударные группы войск. Контрудар начался 31 мая. Армии Западного фронта, оказавшись без резервов и боеприпасов, утомленные и к тому же плохо управляемые командованием и штабом фронта, начали отступление. Только части 15-й армии потеряли убитыми, ранеными и пропавшими без вести 12 132 человека. К 8 июня 1920 года они были отброшены на 60—100 км до линии Узмены—Березино—река Березина, где фронт стабилизировался. Таким образом, за время с 1 по 8 июня поляки оттеснили большевиков почти на их исходные рубежи.
Еще 26 апреля Политбюро решило перебросить на Юго-Западный фронт часть войск с Кавказского фронта и ускорить перевозку запасных частей. В мае 1920 года Юго-Западный фронт получил более 41 тысячи человек пополнения. Одновременно на Юго-Западный фронт перебрасывалась с Северного Кавказа 1-я Конная армия. 29 мая началась перевозка на Украину 25-й Чапаевской дивизии. В апреле 1920 года на Юго-Западный фронт прибыла с Урала Башкирская кавалерийская бригада и другие части.
Контрнаступление советских войск Юго-Западного фронта назначалось на 26 мая 1920 года. Однако в этот день перешли в наступление фактически только 14-я армия и Фастовская группа. 12-я армия к этому сроку еще не закончила перегруппировку своих войск и подготовку переправы через Днепр. Попытки небольших групп этой армии переправиться 27 мая через Днепр в районе Страхолесье (севернее Киева) оказались безуспешными. Поляки с противоположного берега реки и с моторных лодок встретили группы советских бойцов сильным ружейно-пулеметным огнем. Подразделения 12-й армии вынуждены были прекратить переправу через Днепр и возвратиться в исходное положение. В последующие дни войска 12-й армии начали фронтальное наступление на Киев. Однако противник оказал ожесточенное сопротивление. Атаки советских войск оказались безуспешными. Боевые действия на участке Фастовской группы и 14-й армии с первого же дня приняли ожесточенный характер. Части Фастовской группы, стремительно атаковав противника, прорвали фронт в районе восточнее Белой Церкви. Однако поляки, собрав значительные силы, в ночь на 30 мая предприняли контратаку. Рассредоточенность войск Фастовской группы на широком фронте и отсутствие резервов привели к тому, что она не выдержала натиска и ко 2 июня была оттеснена на исходные позиции. Не добилась существенных успехов в эти дни и 14-я армия.
26 мая начала выдвигаться на исходное положение 1-я Конная армия. На своем пути ей пришлось вести бои с повстанческими отрядами Куровского. Так, 28 мая 4-я кавалерийская дивизия в районе Пятигор разгромила Запорожский повстанческий полк. Были захвачены пленные, пулеметы и большое количество патронов. В этот же день развернулись бои большевистских конников с польскими войсками. Наступление 1-й Конной армии велось на фронте протяженностью 40 км. 29 мая 4-я кавалерийская дивизия атаковала конницу поляков, принудив ее к отходу. Одновременно она выбила польские пехотные части из Ново-Фастова.
Бои продолжались и становились более упорными и ожесточенными. 30 мая поляки ввели в сражение свежие части. Им удалось выбить большевиков из Ново-Фастова и Липовца. Последующие попытки 1-й Конной армии прорвать оборону поляков не увенчались успехом. 31 мая на сторону поляков перешло 3 эскадрона 81-го полка 14-й кавдивизии, состоявших в основном из донских казаков бывшей деникинской армии.
В начале лета 1920 года Реввоенсовет Юго-Западного фронта приказал командующим армиями отказаться от лобовых атак вражеских укреплений, тщательно готовить каждую наступательную операцию, на важнейших направлениях действовать ударными группами. Еще 31 мая РВС Юго-Западного фронта дал указание командованию 12-й армии прекратить фронтальные атаки Киева, оставить против киевского плацдарма противника только 58-ю стрелковую дивизию. Все остальные силы армии свести в ударную группу для форсирования реки Днепр и прорыва фронта севернее Киева.
1-я Конная армия была сосредоточена на участке в 10 км северо-восточнее Ново-Фастова. К вечеру 3 июня 1-я Конная армия заняла исходный рубеж для наступления. В эти дни стояла дождливая погода. Польское командование рассчитывало, что плохая погода помешает советским войскам начать военные действия. Более того, оно было уверено в том, что советская кавалерия понесла значительные потери, и само готовило наступление с целью окончательного разгрома армии Буденного. На рассвете 5 июня 1-я Конная армия перешла в наступление. Дождь и густой туман позволили большевикам скрытно выйти на рубеж атаки и перейти в стремительное наступление. Когда же польские войска заметили советских бойцов, было уже поздно. Через два часа после начала атаки польский фронт был прорван в районе Сквира—Самгородок.
Наступление советских войск было настолько стремительным, что к вечеру того же дня 1-я Конная армия прорвалась севернее и восточнее Казатина, разрушив в ряде мест железную дорогу Фастов—Казатин— Липовец, и вышла в тыл 3-й польской армии. В 18 часов 7 июня 4-я кавалерийская дивизия овладела Житомиром, уничтожив польский гарнизон и освободив из плена 7 тысяч красноармейцев, которые сразу же встали в строй. В этот же день 11 — я кавалерийская дивизия заняла Бердичев. Глубина прорыва 1-й Конной армии в тыл польских войск составила 120–140 км. Польский фронт на Украине оказался расколотым на две части. Потеряв управление своими войсками, польский штаб во главе с Пилсудским, находившийся в Житомире, в спешке передислоцировался в Новоград-Волынский.
Выход частей 1-й Конной армии в глубокий тыл 3-й польской армии и успешное продвижение ударной группы 12-й армии создали благоприятные условия для полного окружения польских войск в районе Киева. Реввоенсовет Юго-Западного фронта 8 июня потребовал от 12-й армии занять район станций Бородянка и Ирша, с тем чтобы перерезать последнюю магистраль Киев— Коростень, по которой поляки еще имели возможность отвести свои войска из района Киева.
Начавшийся отвод польских войск к Киеву способствовал советскому наступлению. Уже 8 июня Фастовская группа в результате стремительной атаки бригады Котовского захватила город Сквиру. Затем части Фастовской группы заняли города Белая Церковь и Фастов, отрезав тем самым пути отхода противника из района Киева на юг и юго-запад. Выполняя поставленную задачу по окружению польских войск в районе Киева, большевистские войска усилили натиск.
9 июня 1-я Конная армия начала наступление на Киев, нанося удар с тыла по 3-й польской армии, которая вынуждена была поспешно отступать. В связи с тем, что войска Фастовской группы заняли Фастов, а 3-я польская армия начала отход из района Киева, командование Юго-Западного фронта посчитало дальнейшее продвижение Конной армии на восток излишним. Полагая, что войск 12-й армии и Фастовской группы будет достаточно для разгрома 3-й польской армии, 10 июня РВС Юго-Западного фронта приказал 1-й Конной армии повернуть на запад и выйти в район Житомир—Казатин для дальнейшего удара по тылам 6-й польской армии.
