Uopšteno govoreći, plan ofanzive podrazumevao je uništavanje melitopoljske neprijateljske grupe probijanjem njene odbrambene linije severozapadno od Melitopolja i naknadnim izvođenjem osvajačkih napada u centru i na levom krilu fronta.
Pripreme za ofanzivu snaga Južnog fronta obavljene su u izuzetno kratkom roku, budući da je 6. Nemačka poljska armija kontinuirano pojačavana oslobođenim jedinicama u Tamanu i na Krimu.
„Fašistička komanda nazivala je Melitopolj 'ključem gvozdene kapije' Krima i pridavala je ogroman značaj držanju Melitopolja, jer bi se njegovim gubitkom urušila cela linija odbrane. Stoga je 6. nemačkoj armiji naređeno da drži grad po svaku cenu. Da bi se podigao duh Hitlerovih vojnika i oficira, dobijali su trostruke zarade, a u Berlinu su kovane medalje ‘Za odbranu melitopoljskih položaja’“, objasnio je Pavel Musenko, direktor Zavičajnog muzeja u Berdjansku.
Ofanziva je počela 26. septembra 1943. godine. Nemci su maksimalno koristili svoju avijaciju, tenkove i protivtenkovsku artiljeriju u oblasti proboja.
Posebno žestoke borbe u Melitopolju vođene su 15. i 16. oktobra.
Tokom tih i narednih dana, napori sovjetskih snaga bili su koncentrisani na zauzimanje grada kao glavnog čvora nemačke odbrane na reci Moločnoj.
Uporne borbe sastojale su se od ponovljenih napada i kontranapada za svaku ulicu, blok i kuću.
Kontinuirano zauzimajući blok za blokom i uništavajući ljudstvo i tehniku neprijatelja, jedinice 51. armije su do kraja dana 20. oktobra potpuno očistile centralni deo grada.
Veliku ulogu u uličnim borbama za Melitopolj odigrali su jurišni i blokirajući odredi.
Zahvaljujući koordinisanim akcijama, jedinice Crvene armije oslobodile su 21. oktobra od zavojevača deset blokova Melitopolja, a 23. oktobra grad je u potpunosti bio očišćen.
Zauzimanjem Melitopolja rešena je sudbina celokupne neprijateljske odbrane i otvoren put sovjetskim trupama da uđu u operativne dubine nemačke odbrane sa slobodnim kretanjem na zapad i Krim.
U oslobađanju grada učestvovalo je 69. vojnih jedinica, 18 najistaknutijih dobilo je počasni naziv Melitopoljska. Za zasluge u oslobođenju Melitopolja, 87 boraca i komandanata dobilo je zvanje Heroja Sovjetskog Saveza.
U znak sećanja na heroje poginule u borbama za grad, 1967. godine otvoren je memorijalni kompleks „Bratska grobnica“. Reč je o vojnom groblju na kome su sahranjeni posmrtni ostaci 2.338 vojnika Crvene armije.