Потери советских войск составили 99 человек убитыми и 137 ранеными.
В 14 часов 22 сентября остатки польских частей начали отход в сторону Колки и на север — в Полесье, а около 15 часов их бомбардировали девять советских самолетов СБ.
Наступавшая в первом эшелоне 8-го стрелкового корпуса 36-я танковая бригада двинулась в сторону Дубно, но в первый день наступления танкисты не отрывались от стрелковых частей, чтобы не создавать трудностей с подвозом горючего.
17 сентября в местечке Мирогоща две советские бронемашины под командованием старшего лейтенанта Аксенова остановили четыре эшелона с польскими войсками. Пока одна бронемашина держала под прицелом головной паровоз, Аксенов вступил в переговоры с польским начальником эшелонов и заявил ему, что в случае попытки увести эшелоны на запад он вызовет авиацию и скрывающиеся в засаде танки. Это был, конечно, блеф, но поляки поверили и не попытались увести эшелоны. Только к утру 18 сентября на помощь к Аксенову подошли пять танков, и поляки сразу же сдались.
36-я танковая бригада в 7 часов утра 18 сентября заняла Дубно, где разоружила тыловые части 18-й и 26-й польских пехотных дивизий. Всего в плен было взять около 6 тысяч поляков, трофеями РККА стали 12 орудий, 70 пулеметов, 3 тысячи винтовок, 50 автомашин и 6 эшелонов с вооружением.
В тот же день в 11 часов советские войска после небольшой перестрелки заняли Рогачув, взяли там в плен 200 поляков и захватили 4 эшелона со снаряжением и боеприпасами.
К 17 часам 36-я танковая бригада и разведбатальон 45-й стрелковой дивизии вступили в Луцк, в районе которого было разоружено и взято в плен до 9 тысяч поляков, а трофеями советских войск стали 7 тысяч винтовок, 40 пулеметов, 1 танк и 4 эшелона военного имущества. Наутро 19 сентября 36-я танковая бригада двинулась к Торчину, а оттуда в тот же день в 17 ч. 30 мин. выступила на Владимир-Волынский и в 23 ч. 30 мин. после небольшого боя с поляками в районе казарм школы хорунжих и 27-го артиллерийского полка вступила в город.
Утром 20 сентября командир 36-й танковой бригады Богомолов начал переговоры с начальником польского гарнизона генералом М. Сморавиньским об условиях сдачи города. В итоге в течение дня польский гарнизон был разоружен.
Танковая бригада находилась на окраине Владимира-Волынского до 23 сентября, разоружая подходившие к городу группы польских войск. А в это время соединения 8-го стрелкового корпуса подходили к Владимиру-Волынскому и 22 сентября вышли на фронт Владимир-Волынский — Сокаль. За это время в районе Верба советские части разоружили до 10 тысяч польских солдат.
К исходу 22 сентября войска 5-й армии вышли на рубеж Ковель — Рожице — Владимир-Волынский — Иваничи.
Еще южнее, на линии Теофиполь — Войтовцы наступали войска 6-й армии. 17 сентября 10-я танковая бригада вступила в Теофиполь. 24-я танковая бригада и 136-й стрелковый полк 97-й стрелковой дивизии к 12 часам прошли Доброводы и, обойдя Тарнополь с северо-запада, около 22 часов вышли на его западную окраину. А в 19 часов в Тарнополь с севера вошли 11 танков 5-й кавалерийской дивизии 2-го кавалерийского корпуса, но, не зная обстановки, танкисты отложили атаку до утра. В Тарнополе красноармейцы 5-й дивизии занимались очисткой города от разрозненных групп польских офицеров, жандармов и вооруженных местных жителей. 18 сентября в ходе перестрелок дивизия потеряла 3 человека убитыми и 37 ранеными. 18 сентября в 10 ч. 30 мин. в город вступили стрелковые дивизии 17-го стрелкового корпуса. В Тарнополе в плен было взято около 600 польских солдат.
Севернее наступали части 2-го кавалерийского корпуса. Утром 18 сентября они форсировали реку Серет и в 10 часов утра получили приказ командования Украинского фронта форсированным маршем двинуться к Львову и занять его. Так как конский состав нуждался в отдыхе, командир корпуса создал сводный мотоотряд из 600 спешенных кавалеристов, посаженных на танки 5-й кавалерийской дивизии и батальона 24-й танковой бригады под командованием командира 5-й кавалерийской дивизии комбрига И. Шарабурко. Этот отряд двинулся к Львову. По дороге красноармейцы взяли в плен до 6 тысяч польских солдат. Остальные войска 6-й армии также продвигались к Львову.
12–18 сентября 1-я и 2-я германские горнопехотные дивизии окружили Львов с севера, запада и юга. С востока к городу двигались части Красной Армии. В ходе этого марша 14-я кавалерийская дивизия у Сасува вступила в бой с местным гарнизоном и полицейскими, в результате в плен попало 1155 поляков, и трофеями красноармейцев стали 1200 винтовок. В ночь на 19 сентября от Бродок ко Львову подошла польская колонна, которая также была разоружена частями РККА. В плен было взято 12 096 польских солдат, трофеями Красной Армии стали 12 тысяч винтовок, 26 орудий, 275 пулеметов, 32 автомашины и 1200 лошадей. К утру 19 сентября 2-й кавалерийский корпус занял Злочув, а к вечеру 20 сентября 14-я кавалерийская дивизия вышла на рубеж Ярычев — Барщевеще, а 3-я кавалерийская дивизия подошла к линии Калиновка — Бялка — Шляхецкая, то есть находилась в 8 км от Львова.
В этот день, 20 сентября, 38-я и 10-я танковая бригады и сводный отряд 97-й и 96-й стрелковых дивизий вошли в подчинение 2-му кавалерийскому корпусу, и началась подготовка к штурму. Штурм Львова был намечен на 9 утра 21 сентября.
19 сентября около 2 часов ночи к Львову подошел сводный мотоотряд 2-го кавалерийского корпуса и 24-й танковой бригады (всего 35 танков). Польская артиллерия открыла огонь. Преодолевая уличные баррикады, разведрота (6 танков) дошла до центра города, где была встречена огнем батареи, расположенной у костела. Поляки подбили головной танк. Тогда командир разведроты старший лейтенант Чуфаров, сбив орудие с костела, поджег выстрелом снаряды противника. Орудийная прислуга разбежалась, а офицеры закричали: «Не штрелять!» Но тут по танкам был открыт ружейно-пулеметный огонь из казарм и окрестных домов. Танкисты отвечали, обстреливая дома. К 4 ч. 30 мин. огонь с обеих сторон прекратился.
Капитан Шуренков связался с польским штабом и вызвал начальника гарнизона Львова для переговоров о сдаче города. 19 сентября в 6 часов утра части заняли свои места и приступили к обезоруживанию польских войск, подходивших к Львову, а разведбатальон обезоруживал казармы, расположенные в самом городе.
В 6 ч. 30 мин. к командиру танковой бригады прибыло два польских майора для переговоров, но командир вести с ними переговоры не захотел и велел прибыть лично начальнику гарнизона или начальнику штаба. В 7 часов утра прибыли полковник и два других майора, с ними командир бригады также не стал вести переговоры. В 7 ч. 40 мин. прибыл начальник штаба гарнизона полковник генерального штаба Б. Раковский, а с ним два полковника и три майора. Командир танковой бригады назвался командиром танкового корпуса, который окружил Львов, и предложил сдать город. Начальник штаба гарнизона ответил, что он не уполномочен принимать такое решение и должен получить на это указание своего начальства. На это ему было дано два часа. Командир бригады потребовал от начальника штаба львовского гарнизона, чтобы все советские танки, находившиеся на тот момент в городе и на его окраинах, продолжали оставаться на своих местах и чтобы начальник штаба разрешил занять командные пункты для наблюдения за немецкими позициями, прилегавшими полукольцом к городу. Согласие на это было получено.
В 8 ч. 30 мин. немцы неожиданно предприняли атаку на западную и южную окраины города. Советские танки и бронемашины оказались между двух огней — немцев и поляков. Тогда командир бригады послал к немцам бронемашину, на которой был укреплен белый флаг (кусок нижней рубахи на палке). Советские танки и бронемашины выбрасывали красные и белые флажки, но огонь по ним с обеих сторон не прекращался, тогда из танков и бронемашин был открыт ответный огонь. При этом у немцев было подбито три противотанковых орудия, убито три офицера и ранено девять солдат. Наши потери составили две бронемашины и один танк, убито три человека и ранено четыре.
Вскоре огонь был прекращен, с бронемашиной прибыл командир 137-го полка немецкой горнопехотной дивизии полковник фон Шляммер, с которым командир бригады в немецком штабе договорились по всем спорным вопросам. Красноармейцы подобрали своих раненых и убитых, а немцы — своих.
19 и 20 сентября неоднократно велись переговоры между командованием 24-й танковой бригады и представителями командования немецкой горнопехотной дивизии о прекращении боевых действий и ликвидации возникших конфликтов. В результате переговоров отношения были нормализованы, и впоследствии между частями советской 24-й танковой бригады и немецкой горнопехотной дивизии никаких недоразумений не возникало. В ходе переговоров командующего артиллерией Украинского фронта комбрига Н. Д. Яковлева с германским командованием стороны требовали друг от друга отвести войска от города и не мешать его штурму. К вечеру 20 сентября германские войска получили приказ отойти от Львова.
