Хотя организованного сопротивления оказано не было, без стрельбы не обошлось. Так, несколько польских солдат с двумя офицерами установили пулеметы на башне костела в Центре Тарнополя и открыли огонь по советским войскам. «Неожиданно с костела полоснул по улице плотный пулеметный огонь, — вспоминал С.М. Штеменко. — Заржали кони, забегали люди. Поднялась ответная стрельба. Прекратить ее нельзя было до самого рассвета. Время от времени она вспыхивала то в одном, то в другом конце города. В костеле мы обнаружили утром груды пустых гильз, но того, кто вел огонь по улице, задержать не удалось. Говорили, это — ксендз, успевший улизнуть потайным ходом». Жители города историю с ночными пулеметчиками тоже запомнили надолго, только в их описании концовка была несколько другая, чем у нашего генерала армии. Утром казачки согнали к костелу 100 человек местных и объявили их заложниками. После чего польские офицеры застрелились, солдаты капитулировали. День 18 сентября пришлось посвятить зачистке города от «бандитов». В ходе перестрелок Красная Армия потеряла 3 человека убитыми и 37 ранеными. Одновременно в Тарнополь вступили войска 17-го стрелкового корпуса. В плен было взято 600 польских военнослужащих.
Наступавшие севернее соединения 2-го кавалерийского корпуса, преодолев реку Серет, получили приказ Тимошенко форсированным маршем двигаться к Львову и овладеть городом. Так как конский состав нуждался в отдыхе, командир корпуса создал сводный моторизованный отряд под командованием комбрига Я.С. Шарабурко из 600 кавалеристов, посаженных на танки 5-й кавдивизии, и батальона 24-й танковой бригады. Отряд двинулся к Львову, по пути «собрав» до 6000 пленных. Остальные войска 6-й армии по мере возможности также стягивались к главной цели — Львову. У Сасува 14-я кавалерийская дивизия сломила сопротивление местного гарнизона и полиции, взяв в плен 1155 человек и захватив 200 винтовок. В ночь на 19 сентября от Бродов к городу подошла колонна польских войск, которая также была разоружена. В плен было взято еще 12 096 человек, трофеи составили 12 тысяч винтовок, 26 орудий, 275 пулеметов, 32 автомашины и 1200 лошадей.
К утру 19 сентября 2-й кавкорпус занял Злочув, а к вечеру 20 сентября 14-я кавдивизия достигла Ярычева, Барщевеще, 3-я кавдивизия — Калиновкщ Бялки Шляхецкой в 8 километрах от Львова.
Не одержав впечатляющих военных побед, армия комкора Голикова особо отличилась на другом фронте — расстрельном. Запевалой в этом деле был сам Филипп Иванович. Так, 21 сентября в Злочуве, вспомнив свою юность в рядах карательной бригады, командарм, не глядя, подмахнул бумажку, разрешавшую начальнику особого отдела 2-го кавалерийского корпуса Кобернюку расстрелять любых десять человек по его выбору. Оный Кобернюк выехал в город, арестовал начальника тюрьмы, его заместителя, прокурора, несколько чиновников полиции и администрации и «всех этих лиц, в счет установленного Военным советом 6-й армии лимита» расстрелял. Чуть позже, дабы не стеснять похвальную инициативу подчиненных «лимитами», Голиков и член Военного совета бригадный комиссар Захарычев дали особистам добро «быстро арестованных» врагов народа убивать «упрощенным порядком». Эта «установка» была доведена также до командиров соединений и частей. Без суда расправлялись над пленными польскими военнослужащими, полицейскими и «мирными жителями кулацкого происхождения». Эхо этой стрельбы докатилось аж до товарища Сталина в виде жалобы прокурора армии, не сумевшего унять командарма и просившего центр «навести в нашей 6-й армии большевистский порядок».
Доказано, что рейхсфюрер Гиммлер был военным преступником, он преступные приказы отдавал. А вот маршал Голиков — полководец и освободитель Украины. Правда, «за вынесение поспешных постановлений» Филиппа Ивановича все же наказали — приказом наркома обороны объявили ему выговор. Нижестоящим «борцам с угнетателями», учитывая, что в их поступках «не было преднамеренной и злой воли, что все это происходило в обстановке боевых действий и острой национальной и классовой борьбы», вынесли символические дисциплинарные взыскания.
Между тем 1-я горнопехотная дивизия Вермахта вышла к Львову еще 12 сентября и завязала бои в предместье, однако гарнизон успешно отбил все атаки. Благодаря энергии и распорядительности командующего округом корпуса VI генерала Владислава Лянглера и главы городской администрации Станислава Островского, массовому вступлению в армию городской молодежи, подходу резервов силы защитников Львова насчитывали 24 батальона пехоты, 3 кавалерийских эскадрона, роту саперов, входивших в состав 35-й пехотной дивизии, 33-го артиллерийского полка, не считая различных отрядов. На вооружении состояло 78 полевых и 16 зенитных орудий. Не хватало противотанковых орудий, зато было 6000 пулеметов. 18 сентября в город прибыли бронепоезда «Смелый» и «Маршал Гловацкий», три эшелона с вооружением и боеприпасами. На складах имелось по четырнадцать боекомплектов, запасов продовольствия было накоплено почти на три месяцы, топлива — на полгода. Были созданы все предпосылки для длительной обороны. Кроме того, с северо-запада, через Яновские леса и немецкие заслоны, к городу прорывались остатки армии «Малопольска» генерала Казимира Соснковского. Гражданское население страдало от воздушных бомбардировок и ежедневно гибло сотнями, но германское командование напрасно ожидало капитуляции Львова.
К этому времени цель, с которой Красная Армия пересекла советско-польскую границу, уже не вызывала сомнений. Немцы забросали город листовками, в которых, в частности, говорилось: «Русские пересекли границу как союзники Германии и протянули руку немецким войскам… Всякое сопротивление бессмысленно», — и предлагали высылать парламентеров. На совещании руководства корпуса генерал Лянглер заявил: «Большевики приближаются к Львову. Трудно установить точно, где они. Я имею приказ не сражаться с ними, но в город их не пустим». На улицах появились отрады добровольцев, вроде роты «Львовских бензинеров», вооруженных бутылками с горючей смесью для борьбы с танками.
Около 2 часов ночи 19 сентября к Львову вышел сводный отряд комбрига Шарабурко — кавалерийский полк и 35 танков. При их приближении польская артиллерия открыла огонь. Преодолевая уличные баррикады, головной разведывательный батальон в составе шести танков прорвался к центру города, но был встречен огнем 5-й батареи 33-го артполка, стоявшей у костела. В завязавшейся перестрелке головной танк был подбит, поляки потеряли одно орудие.
В 6 утра советский отрад отступил к селению Винники в трех километрах восточнее Львова и занялся разоружением стекавшихся к Львову польских частей. Однако буквально через пару часов он внезапно натолкнулся на немцев, обходивших город с юго-востока. Каждый из «союзников» считал, что никого, кроме поляков, здесь быть не может, и, вместо того чтобы пожать друг другу руки, открыл огонь. Как докладывал Тимошенко: «Посланные две наши бронемашины из Львова по другой дороге навстречу нашим войскам внезапно подверглись артиллерийскому обстрелу. Наши подумали, что это польские войска, и огнем 45-мм пушек и пулеметов подбили две противотанковые пушки… Наши две бронемашины с их славными экипажами дрались до последнего момента и сгорели». Первый контакт грозил обернуться настоящим сражением. Командир бригады выслал в немецкое расположение бронемашину с парламентерским знаком — куском нижней рубахи на палке. Танки и бронемашины выбрасывали красные и белые флажки, но огонь не прекращался. Обе стороны понесли потери: у немцев было подбито 3 противотанковых орудия, погибли 3 офицера и получили ранения 9 солдат. Бригада лишились двух бронемашин и одного танка, было убито 3 и ранено 4 человека. Разобравшись в обстановке, стороны решили обсудить ситуацию и начали переговоры, в ходе которых разгорелся спор по вопросу, кому брать Львов.
На бронемашине приехал командир 137-го горнопехотного полка полковник фон Шляммер. С советской стороны в подкрепление комбригу Шарабурко прибыл командующий артиллерией Украинского фронта комбриг Н.Д. Яковлев. Обе стороны требовали друг от друга отвести войска от города. Немцы доказывали, что не могут отойти, «пока не уничтожены польские войска», советских представителей волновало признание факта, что Львов находится «на нашей стороне». Неоднократные переговоры велись в течение 19 и 20 сентября. Берлин даже предложил взять город совместным штурмом, а затем торжественно передать его Красной Армии, но Москву такой вариант не устроил.
Во Львов также послали советского парламентера, но Лянглеру пока было не до переговоров. 19 сентября группа генерала Соснковского предприняла последнюю отчаянную попытку прорваться к городу. К этому моменту армия «Младопольска» насчитывала 7 батальонов пехоты и 6 артиллерийских батарей — всего около 3000 человек и 20 орудий. Им навстречу львовский гарнизон силами пяти батальонов организовал сильную контратаку. Однако вылазка цели не достигла. Хотя были отбиты два населенных пункта и на пике сражения польские группировки разделяло всего полтора километра, пробить оборону противника не удалось. Немцы перебросили на помощь 1-й горнопехотной дивизии части 2-й горнопехотной и 7-й пехотной дивизий. Атаки генерала Соснковского успеха не имели. Его артиллерия быстро израсходовала остатки боекомплекта и не смогла в решающий момент поддержать пехоту. Лишь отдельным солдатам и офицерам удалось просочиться сквозь немецкие боевые порядки во Львов, остальные погибли либо попали в плен. Генерал Соснковский сумел пересечь венгерскую границу и далее добраться до Парижа.
