В течение ноября 1914 года на фронте 8-й армии шли непрерывные бои. Русские стремились к захвату перевалов через Карпаты, австрийцы же пытались добиться деблокады Перемышля, осажденного русскими войсками. Генерал Брусилов приказал 8-му и 4-му армейским корпусам перейти в наступление и овладеть Бескидским хребтом Карпатских гор от Лупковского до Ростокского перевалов.
Наступление началось 12 ноября. Через 11 дней значительный успех был достигнут на левом фланге армии, где 24-й корпус сбил противника с главного хребта. В этом исключительно важную роль сыграла 4-я стрелковая бригада. Погода в эти дни стояла жуткая: сильный мороз, леденящий пронизывающий ветер и снежная вьюга. На участке наступления Железной бригады дорог через горы не было. Чтобы облегчить положение соседних войск, прежде всего дивизии Л. Г. Корнилова, дав им возможность использовать шоссейную дорогу, Антон Иванович решился на весьма рискованный шаг. Оставив свою артиллерию и обоз под прикрытием одного батальона, он двинул всю остальную часть бригады по склонам гор, крутым и скользким тропинкам, где лишь дикие козы бродили по скалам. За людьми шли лошади, навьюченные мешками с патронами и сухарями. Несмотря на все препятствия, бригада преодолела Карпаты в духе суворовских чудо-богатырей, 23 ноября внезапно атаковала австрийцев с тыла. Перед фронтом бригады в районе деревни Шабагач оказалось до трех полков противника. Это не смутило Деникина.
Владея инициативой, русские солдаты не упустили ее. После упорного боя на исходе светлого времени две роты 13-го и одна рота 16-го стрелковых полков ворвались на станцию Мезоляборч, где захватили 12 паровозов, 280 вагонов со снарядам, патронами, обмундированием и одеждой, два орудия, шесть пулеметов. Умело вели боевые действия и другие подразделения. Так, рота подпоручика Дикарева в этот же день ворвалась на гору Камень, имевшую важное тактическое значение, и после штыкового боя выбила оттуда врага, захватив в плен командира 47 пехотного полка, шесть штабных офицеров и его 48 солдат. Успешные действия бригады привлекли внимание вышестоящего командования. «Молодецкой бригаде за лихие действия, за блестящее выполнение поставленной ей задачи шлю свой низкий поклон, – телеграфировал Брусилов Деникину, – и от всего сердца благодарю Вас, командиров и героев-стрелков. Перенесенные бригадой труды и лишения и славные дела свидетельствуют, что традиции старой Железной бригады живут в героических полках и впредь поведут их к победе и славе».
В конце января 1915 года «Железная бригада» из резерва командующего 8-й армией была переброшена на усиление сводного отряда, действовавшего на ужгородском направлении под командованием генерала A. M. Каледина. Ей было приказано, наступая на Лутовиско, выбить противника из деревни и овладеть горным проходом до реки Сан. Глубина задачи составляла около пятнадцати километров.
31 января бригада, усиленная батальоном пограничников, перешла в наступление. Стремительным броском, преодолевая по глубокому снегу около двух километров, ее части приблизились к укрепленным противником трем высотам на подступах к Лутовиско. Но дальше продвинуться они не смогли, встреченные сильным огнем противника из окопов, расположенных в несколько ярусов.
На шестой день кровопролитного боя 16-му и двум батальонам 13-го и 14-го стрелковых полков удалось овладеть двумя высотами левее дороги. Генерал Деникин, понимая, что без захвата господствующей высоты выполнить задачу не удастся, направил на ее штурм пограничников и часть 15-го стрелкового полка. Позже, вспоминая эпизод этого боя, Антон Иванович писал: «Не забыть никогда этого жуткого поля сражения… Весь путь, пройденный моими стрелками, обозначается торчащими из снега неподвижными человеческими фигурами с зажатыми в руках ружьями. Они мертвые – застыли в тех позах, в каких их застала вражеская пуля во время перебежки. А между ними, утопая в снегу, смешиваясь с мертвыми, прикрываясь их телами, пробирались другие навстречу смерти. Бригада таяла… Рядом с железными стрелками, под жестоким огнем, однорукий герой полковник Носков лично вел свой полк в атаку прямо на отвесные ледяные скалы высоты 804… Тогда смерть пощадила его. Но в 1917 года две роты, именовавшие себя «революционными», явились в полковой штаб и тут же убили его. Убили совершенно беспричинно и безнаказанно…» После рукопашного боя господствовавшая высота была взята. Путь на Лутовиско оказался открытым. Части бригады 12 февраля отбросили австрийцев за реку Сан и тем самым выполнили поставленную им боевую задачу.
За две недели непрерывных боев бригада под командованием А. И. Деникина нанесла противнику тяжелый урон, захватив только пленными более двух тысяч солдат и офицеров. Но и бригада понесла большие потери. За мужество и героизм, проявленные в бою, солдаты и офицеры «Железной бригады» были отмечены боевыми наградами, генерал Деникин был удостоен ордена Св. Георгия 3-й степени. А спустя два месяца 4-я стрелковая бригада была переформирована в 4-ю стрелковую дивизию. В нее вошли две стрелковые бригады по два полка четырехбатальонного состава в каждой и артиллерийская бригада из двух дивизионов. За ней было сохранено наименование Железной. Командиром этой дивизии был назначен генерал-майор Деникин.
Еще в конце 1914 года русская армия стала испытывать острый недостаток боеприпасов. Германское командование, хорошо осведомленное о нуждах русской армии, решило к лету 1915 года вывести Россию из войны. Главные усилия немцев были перенесены с запада на восток. Борьба с технически превосходящим противником русской армии оказалась не под силу. Весной началось отступление. В этот тяжелый момент 4-я стрелковая дивизия приобрела большую известность. Она перебрасывалась с одного участка на другой, туда, где трудно, где прорыв, где угроза окружения, и всегда выручала, заслужив почетное звание «пожарной команды» 8-й армии. Подтверждением этому служат два характерных эпизода.
В сентябре 1915 года противник, вводя в бой все новые войска, старался охватить правый фланг 8-й армии. Чтобы облегчить положение соседнего с дивизией 30-го корпуса, возглавляемого гeнералом от инфантерии А. М. Зайончковским, А. А. Брусилов отдал распоряжение Деникину отвлечь на себя неприятельский огонь, для чего в течение всей ночи вести стрельбу всеми батареями «Железной дивизии». Антон Иванович не одобрил это решение, поскольку оно приводило к большому расходу имевшегося в ограниченном количестве запаса артиллерийских снарядов. С чувством досады он все же приступил к выполнению этого приказа. К утру положение дивизии ухудшилось. Спасая других, Деникин вызывал на себя всю силу удара вражеского огня. Он пригласил к себе командиров полков и, обрисовав возможное развитие обстановки с трагическим исходом, сказал: «Наше положение пиковое. Нам ничего не остается, как атаковать врага». Предпринятая атака оказалась неожиданной для противника. Вскоре он был выбит из близлежащих укреплений. Не давая противнику опомниться, русские солдаты на его плечах ворвались в Луцк и к рассвету заняли город. «Железная дивизия» захватила в плен 158 офицеров и 9973 солдата, то есть количество, равное ее численности. За взятие Луцка А. И. Деникин был произведен в генерал-лейтенанты.
Не менее героический поступок дивизия совершила в октябре этого же года, когда между Западным и Юго-Западным фронтами образовался разрыв шириной около 60 километров. В него устремились немецкие войска. Они заняли Чарторийск. С целью снятия угрозы охвата противником правого фланга 8-й армии генерал Брусилов возложил на генерала Деникина задачу выбить врага из города.