Корпус графа Келлера принял в "Луцком прорыве» самое непосредственное участие, заметно выделяясь своей доблестью даже на фоне лучших частей Русской Императорской армии, проявив массовый героизм при взятии Черновиц (что было отмечено самим генералом Брусиловым).

Первые пленные (1 офицер и 5 нижних чинов) были взяты "келлеровцами» уже 29 мая, а скоро число захваченных ими трофеев и пленных пошел на сотни и тысячи.

Летом наступление русских армий Юго-Западного фронта успешно продолжалось. Участвуя в нем, 3-й кавалерийский корпус в период 24 июня-9 июля взял в плен 11 офицеров и 1137 нижних чинов противника, 2 пулемета, огнемет и 800 тонн стратегически важного сырья – каменного угля-антрацита, а до конца июля – захватили еще четыре пулемета и 880 винтовок, взяв в плен 11 офицеров и 675 нижних чинов противника.

В ходе наступления части графа Келлера, преследуя отступающих австрийцев, вошли в Карпаты. Кавалерия была вынуждена занять позиции в окопах и нести большие потери. Части 3-го кавалерийского корпуса заняли горные вершины и высоты, отбивая непрерывные атаки австрийцев. Противник стянул туда столько артиллерии (в том числе и тяжелой), что удерживать позиции без поддержки своих собственных орудий было невозможно. Большая часть "келлеровцев», занимавших оборону в скалах, была ранена осколками снарядов и камней. Под бешеным орудийным огнем противника удавалось удержаться на позициях лишь самым стойким. Согласно донесениям командиров частей, неприятельские снаряды за короткое время заравнивали русские окопы и уничтожали все живое.

16 июня 1916 г. граф Келлер был во время боя ранен в правую ногу шрапнельной пулей, расщепившей кость (хотя, к счастью, не перебившей ее) и заменен на посту командующего 3-м кавалерийским корпусом генералом В.Е. Марковым (в свою очередь, тяжело раненым 30 июня и замененным генерал-лейтенантом Ф.С. Рербергом).

До конца июня 1916 г. на фронте 3-го кавалерийского корпуса продолжались кровопролитные встречные бои. Части корпуса упорно обороняли свои позиции, проходившие по горному хребту. Как выяснилось из опросов военнопленных, 3-й кавалерийский корпус в период наиболее тяжелых боев 26-26 июня не только выдержал натиск 30 полностью укомплектованных австрийских и германских батальонов (при поддержке многочисленной легкой и тяжелой артиллерии), но и отбросил их на исходные позиции.

Граф Келлер вернулся у своим доблестным войскам, оправившись от тяжелого ранения, лишь через три месяца. За это время в войну против Центральных держав на стороне Антанты вступила Румыния, армию которой почти сразу же пришлось срочно спасать от разгрома русским войскам. Интенсивность боев осенью 1916 г. была чрезвычайно высокой. Как отмечал граф Келлер, несмотря на самоотверженную работу корпусных хирургов, раненых поступало столько, что врачи не справлялись с работой и не успевали оперировать даже тяжело раненых. Страдало и снабжение продуктами питания.

30 октября 1916 г. 1-я Донская казачья дивизия была окружена превосходящими силами противника. Почти весь день на фронте шли ожесточенные бои, не раз переходившие в штыковые схватки. Донцы были вынуждены оставить свои залитые кровью позиции, проложив себе дорогу в рукопашном бою. Как писал в то время в одном из своих донесений граф Келлер, "части 3-го кавалерийского корпуса четыре дня бессменно ведут бой и им очень надо выспаться, так как, несмотря на всю их доблесть и геройство, физическим силам человека есть предел».

Тяжелая обстановка, сложившаяся на фронте 3-го кавалерийского корпуса, вызвала нарекания в адрес графа Келлера со стороны командующего 9-й армией генерала П.А. Лечицкого. Между тем, командование 9-й армии осенью 1916 г. ставило перед Ф.А. Келлером непосильные задачи. Против ослабленного непрерывными боями 3-го кавалерийского корпуса противник выставил не менее двух свежих пехотных дивизий. В этих условиях проблематично было не только наступать (чего требовало высшее начальство), но даже удерживать занимаемые позиции. Потребовалось личное вмешательство генерал-квартирмейстера штаба армий Юго-Западного фронта, чтобы оспорить приказ генерала Лечицкого, требовавшего от корпуса Келлера самоубийственной атаки на хорошо укрепленные позиции неприятеля (при том, что, ввиду отсутствия тягловых животных перемещавшимся в сложных условиях Карпат чинам "келлеровских» горных батарей приходилось тащить орудия на себе!).

Как уже говорилось выше, образование в декабре 1916 г. нового, Румынского фронта (в состав которого вошла и 9-я армия), весьма осложнило положение русских войск. Румынская армия была крайне ненадежным союзником. Слабая боеспособность румын постоянно вызывала раздражение и недовольство графа Федора Артуровича, жестоко критиковавшего в своей полевой книжке Русское командование за то, что оно поставило его корпус для прикрытия малоспособных румынских частей. Румын он помнил еще по Плевне, когда они занимались исключительно грабежом сдавшихся русским (и категорически отказавшихся сдаваться "валахам» !) турецких солдат.

К концу 1916 г. части 3-го кавалерийского корпуса, в составе 10-й кавалерийской, 1-й Донской казачьей и 1-й Терской казачьей дивизий, после многомесячных, непрерывных, тяжелых боев, крайне нуждались в отдыхе, пополнении и смене обмундирования, вышедшего из строя у большинства солдат, казаков и даже офицеров. К тому же, вследствие переподчинения корпуса Келлера командованию румынской армии, румыны постоянно подставляли 3-й кавалерийский корпус под удар, не затрудняя себя, в то же время, такими "пустяками», как снабжение "келлеровцев» всем тем, без чего ни жить, ни воевать невозможно. Порой румыны разворовывали транспорты, предназначенные для их русских союзников. Из-за подобного поведения румынских войск между ними и русскими даже происходили вооруженные столкновения. Из-за плохого питания по причине отвратительной работы и воровства румынских интендантов и столь же плохого снабжения медикаментами личный и конский состав корпуса Келлера косили болезни, которые, вместе с боевыми потерями, вывели из строя большую часть офицеров, казаков и солдат. К январю 1917 г. в составе корпуса Келлера осталось в строю не более 3000 штыков и сабель при 650 лошадях, в то время как по состоянию на 1 ноября предыдущего, 1916 года, под началом Федора Артуровича числилось 12 343 шашки и 831 штык. Так что к началу 1917 г. корпус графа Келлера мог считаться "кавалерийским» разве что по названию.