25 kwietnia ruszyło natarcie dywizji. Dość szybko złamano opór oddziałów sowieckiej 17 Dywizji Kawalerii, a przetransportowany samochodami do Wilska 1 pułk piechoty Legionów wyparł z miejscowości bolszewicki 522 pułk strzelców. Nocą z 25 na 26 kwietnia pododdziały dokonały obejścia Żytomierza i rano uderzyły na miasto od północnego zachodu i wschodu. Zagrożeni okrążeniem Sowieci rozpoczęli bezładny odwrót, a 58 Dywizja Strzelców została rozbita. Grupa gen. Dąba-Biernackiego straciła 3 poległych i 48 rannych. 4 maja Grupa Operacyjna gen. Śmigłego-Rydza została przekształcona w 3 Armię. 7 maja oddziały polskie wkroczyły do Kijowa.
Dywizja walczyła nadal. 9 maja, wspólnie z 15 Wielkopolską Dywizją Piechoty, opanowała mosty na Dnieprze i zdobyła przedmoście na wschodnim brzegu rzeki. W ciągu następnych trzech dni przesunięto linię frontu o kilka kilometrów na wschód i w ten sposób uniemożliwiono rosyjskiej artylerii bezpośredni ostrzał Kijowa.