Puolimas buvo pradėtas 1919 m. gegužės 18 d. naktį. Gegužės 19 d. puolimas buvo tęsiamas, Lietuvių spaudžiami bolševikai traukėsi visu frontu. 18-19 d. lietuvių lėktuvai bombardavo ir kulkosvaidžiais apšaudė bolševikų pozicijas Panevėžyje ir geležinkelio ruože Panevėžys-Kupiškis, taip sukeldami paniką raudonarmiečių gretose.
Mūšio pasekmės Išvadavusi Panevėžį, Panevėžio rinktinė toliau parsekiodama priešą gegužės 27 d. užėmė Troškūnus ir Subačių. Biržus jau 26 d. buvo išvadavęs Šiaurės Lietuvoje veikęs partizanų batalionas. Galiausiai bolševikai gegužės 30-31 d. atsitraukė ir iš Kupiškio. Šie laimėjimai suteikė galimybę toliau vystyti puolimą.
Gegužės 19 d. puolimas buvo tęsiamas, Lietuvių spaudžiami bolševikai traukėsi visu frontu. Kai miesto prieigos buvo užimtos, karin. M. Katche 12 val. įsakė rinktinės kolonoms šturmuoti Panevėžį. Lietuvių pajėgos įsiveržė į miestą iš šiaurės, pietų ir pietvakarių.
Užėmus Panevėžį gegužės 20 d. lietuvių pajėgos įsitvirtino mieste ir pradėjo ruoštis galimam bolševikų mėginimui Panevėžį atsiimti. Persitvarkę ir sulaukę pastiprinimų, bolševikai puolė miestą. Jiems pavyko pasiekti Panevėžio prieigas, tačiau įveikti lietuvių gynybos rusai nepajėgė. Naktį iš gegužės 22 d. į 23 d. bolševikai paliko Panevėžio apylinkes, pasitraukė Subačiaus kryptimi ir įsitvirtino Kupiškyje.
1919 m. gegužės mėnesį įgyvendinta Panevėžio ir kitos panašios sėkmingos operacijos (Ukmergės, Kurklių, Anykščių bei Alantos) pradėjo naują Lietuvos karo su Sovietų Rusija etapą. Lietuvos kariuomenė nuo gynybos, atskirų smulkių priešiškų pajėgų užpuolimų, partizaninio pobūdžio veiksmų perėjo prie planingų stambaus masto puolamųjų operacijų, kurių galutinis tikslas buvo visiškai išvalyti Lietuvos teritoriją nuo Raudonosios armijos dalinių.
Antrojo Panevėžio puolimo metu gegužės 18-19 d. lietuvių lėktuvai bombardavo ir kulkosvaidžiais apšaudė bolševikų pozicijas Panevėžyje bei geležinkelio ruože Panevėžys-Kupiškis.
Šioje operacijoje buvo panaudota ir neseniai suformuota lietuvių aviacijos eskadrilé. 18-19 d. lietuvių lėktuvai bombardavo ir kulkosvaidžiais apšaudė bolševikų pozicijas Panevėžyje ir geležinkelio ruože Panevėžys-Kupiškis, taip sukeldami paniką raudonarmiečių gretose. Taip pat lėktuvais buvo iš oro žvalgomos priešo pozicijos.