С юга в этот день непрерывно атаковала подошедшая к 9 часам утра 20-я моторизованная бригада 15-го танкового корпуса. Прибывший во второй половине дня со своим мотоотрядом Еременко решил лично возглавить операцию по захвату моста. Сев в танк, комкор двинулся во главе атакующих, но вражеский снаряд заклинил башню. Пересев в другую машину, Еременко вновь возглавил атаку и прорвался на мост, но тут от перегрева заглох мотор. В ходе дуэли с огневыми точками противника вновь оказалась поврежденной башня. Наконец механику-водителю удалось завести двигатель, и танк тронулся по склону моста назад, чтобы через сотню метров снова заглохнуть, Еременко пересел в третий БТ и вновь ворвался на мост, но уперся в бетонные блоки, оказавшиеся непреодолимым препятствием. В течение двух с половиной часов танк вел огонь по противоположному берегу с местй, что только подтверждает отсутствие у поляков каких-либо приличных противотанковых средств.
Как вспоминал Еременко: «Поляки оказали нам сильное, но совершенно бессмысленное сопротивление… Мне довелось впервые принять личное участие в танковых атаках и познакомиться с боевыми качествами наших танков, понять сущность некоторых тактических приемов при действиях танков в наступлении на пересеченной местности и в населенном пункте. Это был, в общем, не очень веселый опыт: в бою на подступах к Гродно я и все танкисты из экипажа танка, служившего мне подвижным КП, были ранены, а все три танка, на которых я последовательно руководил боем, выведены из строя…»
20-я мотобригада в ходе боев 21 сентября смогла занять юго-западную окраину города, но переправиться через Неман не сумела ввиду сильного ружейно-пулеметного огня с противоположного берега. Вечером подошла 4-я кавалерийская дивизия. Новый штурм был назначен на утро. Однако командовавший обороной города генерал Пшезьджецкий уже принял решение оставить Гродно и отдал своим войскам приказ отходить на север. В ночь на 22 сентября, под прикрытием темноты, защитники покинули город (в их числе Роман Савицкий, он еще вернется и будет расстрелян немцами в 1942 году). Утром Гродно был занят частями Красной Армии. На поле боя было захоронено 644 трупа, взято в плен 1543 военнослужащих противника, трофеями стали 514 винтовок, 50 револьверов, 146 пулеметов, 1 зенитное орудие, 1 миномет. Советские потери составили 57 человек убитыми, 159 ранеными, было подбито 19 танков и 4 бронемашины. Польские источники утверждают, что в боях за Гродно было убито и ранено 800 командиров и красноармейцев.
В последующие дни победители, оскорбленные в лучших чувствах, чинили расправу. У Собачьей Горки расстреляли два десятка взятых в плен «фашиствующих молодчиков» — школьников в возрасте от десяти до восемнадцати лет. На улицах производили обыски, в первую очередь молодежи, и если находился хотя бы перочинный ножик, убивали на месте. Тела грудами сваливали перед костелом. Некий младший лейтенант-связист из 101-го полка по фамилии Дубовик, которому 22 сентября поручили отконвоировать из Гродно группу пленных, устроил по пути дознание и расстрелял 29 человек, ну явных врагов, «замаскировавшихся офицеров». За два дня было убито около 300 защитников и жителей города.
Тем временем командование 2-й танковой бригады, получившее задачу захватить Сокулку, но так и не дождавшееся горючего, было вынуждено создать отряд под командованием капитана Новикова в составе 43 танков, мотострелковой роты и взвода противотанковой артиллерии, которому было передано все наличное топливо. Выступив из Волковыска в 7 часов 20 сентября, отряд занял Сокулку в 14 часов. 11-я кавдивизия и 5-й стрелковый корпус продвигались на запад и юго-запад от Волковыска.
19 сентября границу перешли закончившие сосредоточение войска 10-й армии (6-я, 33-я и 121-я стрелковые дивизии — 42 135 человек, 330 орудий и минометов, 28 танков), которые к исходу дня достигли рек Неман и Уша. Продолжая медленное продвижение во втором эшелоне Белорусского фронта, войска армии к 20 сентября вышли на рубеж Новогрудок — Городище. Приказом командующего Белорусским фронтом армии был подчинен 5-й стрелковый корпус.
На фронте 4-й армии (40 365 человек, всего 184 орудия и миномета и 508 танков) к исходу первого дня наступления 29-я танковая бригада (240 танков Т-26) заняла город Барановичи в 50 километрах от границы и расположенный здесь же укрепленный район, который не был занят польскими войсками по причине их отсутствия. Гарнизон состоял из хозяйственных подразделений убывшей на войну с германцем 20-й пехотной дивизии, полицейских, необученных новобранцев и управления фортификационных работ. «Сопротивление противника, — рапортовал начальник бронетанковых войск фронта комбриг Д.К. Мостовенко, — которое ожидалось в районе укреплений Барановичи, упреждено смелыми действиями командира 29-й танковой бригады, который приказал перелить топливо из танков 3-го батальона в машины 1-го и 2-го батальонов». Первым в город вощел танковый батальон под командованием будущего генерала армии майора И.Д. Черняховского. В районе Барановичей, по советским данным, было взято в плен до 5000 польских солдат, захвачены 4 противотанковых орудия и два эшелона с продовольствием. 8-я стрелковая дивизия за это время едва дотопала до Несвижа, а 143-я стрелковая дивизия полковника Орлова заняла Клецк.
К исходу 18 сентября 29-я и 32-я (220 танков Т-26) танковые бригады, продвигаясь по шоссе Барановичи — Кобрин, вышли на реку Щара южнее Слонима, снова значительно оторвавшись от стрелковых подразделений. 8-я дивизия миновала Барановичи, а 143-я продвинулась до Синявки. 19 сентября танковые бригады достигли Березы-Картузской, где разделились: 29-я с приданным ей стрелковым батальном 8-й дивизии повернула на Пружаны, 32-я бригада с батальоном 143-й дивизии продолжала катиться по шоссе на Кобрин; 8-я дивизия достигла реки Щара, а 143-я стрелковая обходила Барановичи с юга сентября, заняв позиции на окраине Пружан, 29-я танковая бригада С.М. Кривошеина вела разведку в сторону Бреста. У Видомли 20 сентября был установлен контакт с германскими частями. К комбригу доставили группу из нескольких немецких офицеров и солдат, сообщивших, что Брест уже ими занят. Кривошеин доложил о встрече Чуйкову, затем под марши в исполнении бригадного оркестра потчевал гостей русским борщом и шашлыком, сфотографировался с ними на фоне ленинской палатки и на прощанье попросил передать горячие поздравления генералу Гудериану сентября 8-я стрелковая дивизия вошла в Пружаны, 143-я дивизия — Березу-Картузскую. Вечером комдив Чуйков поставил 29-й танковой бригаде задачу во взаимодействии с 151-м стрелковым полком не позднее 14 часов следующего дня занять Брест, который, согласно протоколу о демаркационной линии, отходил к СССР, и удерживать его, если будет необходимость, до подхода основных сил. 32-й танковой бригаде и 143-й стрелковой дивизии следовало занять Кобрин, оттуда следовать на Черняны и Малориту. В ночь на 22 сентября танковая рота 32-й бригады с приданными ей пехотинцами после боя с польским отрядом ворвалась в Городец на Королевском канале. Потери составили 6 человек убитыми, 2 ранеными и 2 танка. В плен было взято 30 польских офицеров и 300 солдат. Одну боевую машину отправили на разведку в сторону Антополя, но поляки сожгли ее вместе с экипажем.
До начала войны в городе, на советских и немецких картах обозначенном как Брест-Литовск, а поляками переименованном в Брест-над-Бугом, размещался штаб округа корпуса IX под руководством генерала Клебэрга, в состав которого входили части Белостокского, Новогрудского, северная часть Люблинского и большая часть Полесского воеводств. На территории округа дислоцировались 9-я, 20-я, 30-я пехотные дивизии, 9-я кавалерийская бригада, 4-й бронетанковый батальон с частями усиления и обеспечения. С началом мобилизации все эти части были выведены к германской границе, их место занимали резервные и запасные подразделения, а менее чем через две недели после начала боевых действий фронт внезапно оказался рядом с Брестом. С севера к городу стремительно приближался XIX корпус «быстроходного Гейнца» в составе 3-й и 10-й танковых, 2-й и 20-й моторизованных дивизий.
9 сентября генерал Клебэрг был назначен командующим формируемой оперативной группы «Полесье», которая должна была организовать оборону на линии Брест — Пинск. Из отдельных частей и мобилизуемых запасников на базе запасного центра 30-й пехотной дивизии формировалась дивизия «Кобрин». В ночь на 12 сентября командующий и его штаб переместились в район Пинска.
Руководить обороной Бреста был оставлен 49-летний отставной генерал Константин Плисовский. Организованный им небольшой штаб наполовину состоял из офицеров запаса, по состоянию здоровья непригодных к строевой службе. Начальником штаба стал подполковник Алёнзы Хорак, командующим пехотой — подполковник Юлиан Сосабовский, его заместителем — подполковник Константин Солтан, начальником связи — капитан Ежи Ежевский, полевой артиллерией командовал майор Станислав Комарницкий, зенитной батареей — капитан Станислав Малецкий.
