Между тем немецкие войска продолжали наступление в соответствии с ранее утвержденным планом. 8 сентября одна из дивизий 5-й армии вышла к Варшаве и попыталась овладеть городом с ходу, но встретила сильное сопротивление поляков и остановилась. Началась оборона Варшавы, которая продолжалась 20 дней. Другие соединения 10-й армии, действовавшие южнее, окружили отступавшую к Висле польскую армию «Пруссы» и заставили капитулировать ее личный состав.
В это же время соединения 8-й немецкой армии в районе севернее Кутно создали угрозу охвата с юга войск польских армий «Поможе» и «Познань», которые в процессе отступления на Варшаву слились в единую группировку. С северо-запада над этой группировкой нависли войска 4-й армии из группы армий «Север». В результате севернее Кутно развернулось одно из крупнейших сражений за всю германо-польскую кампанию, в ходе которого польские войска, несмотря на отчаянное сопротивление, к исходу 19 сентября были разгромлены. Лишь немногим частям удалось прорвать кольцо окружения и уйти в Варшаву.
9 сентября маршал Рыдз-Смигла был вынужден отдать приказ об отступлении всех армий на восточный берег реки Вислы. После этого большинство польских соединений и частей, преследуемые противником, устремились на восток. 6 сентября польское правительство из Варшавы перебралось вначале в Люблин, а затем в Кременец. Главное командование вооруженных сил Польши также не стало задерживаться в столице и 7 сентября переместилось в крепость города Бреста.
16 сентября основные силы 3-й немецкой армии окружили Варшаву. В тот день передовые дивизии 14-й армии приблизились к Львову. 17 сентября передовой корпус группы армий «Север» вышел к Бресту. Польское правительство, утратив контроль над страной и армией, в ночь на 18 сентября эмигрировало в Румынию. 28 сентября защитники Варшавы сложили оружие. Началась ликвидация отдельных очагов сопротивления, которая практически выходила за рамки войсковой операции.
Таким образом, разгром Германией Польши был осуществлен одной стратегической наступательной операцией, которая была проведена на фронте от 900 до 1100 километров на глубину до 600 километров. Всего активная фаза этой операции заняла порядка 17 суток. Средние темпы наступления немецких войск равнялись 30–35 километрам в сутки.
В области стратегии новым было отмобилизование и полное развертывание немецкой армии еще до начала военных действий, а не в ходе войны, как это практиковалось до недавнего прошлого. Немецкое командование упредило в развертывании польскую армию и с самого начала, достигнув оперативной и тактической внезапности, ввело в действие превосходящие силы и средства. Развертывание польской армии, которое началось уже в ходе войны с большим опозданием, было сорвано главным образом ударами немецкой авиации, а также быстрым продвижением соединений подвижных войск противника.
Германо-польская война показала возросшее значение внезапности при открытии военных действий. В результате внезапности, достигнутой на оперативном и тактическом уровнях, наступавшим войскам противостояла только незначительная часть тех сил и средств польских войск, которые в то время находились у границы. Это позволило численное превосходство, бывшее на стороне Вермахта, на направлениях главных ударов увеличить еще в несколько раз.
Война против Польши показала немецкому Генеральному штабу возможность решать стратегические задачи одним мощным ударом при отсутствии второго эшелона и крупного стратегического резерва. При этом важно было также и то, что в составе войск первого ударного эшелона использовались не только пехотные, но и танковые соединения.
Война показала возрастание роли авиации при решении стратегических задач в самом ее начале. Для быстрого завоевания господства в воздухе была проведена стратегическая воздушная операция, которая благодаря внезапности ее начала и массированному применению авиации завершилась успешно. В последующем авиация смогла переключиться на поддержку боевых действий наземных войск, подменив собой в значительной мере артиллерию.
В рамках стратегической наступательной операции действовали две группы армий, нанося удары по сходящимся к центру направлениям. Группы армий наступали в полосах шириной до 700 километров. Полевые армии получали полосы шириной от 170 до 350 километров. Но главные удары в этих полосах наносились на узких участках фронта, которые по ширине в большинстве случаев колебались от 20 до 40 километров. На этих участках для нанесения ударов сосредотачивалась основная масса войск и танков, плотности которых нередко достигали 50–80 единиц на 1 километр фронта.
В условиях отхода польской армии видную роль сыграли немецкие моторизованные корпуса, которые, не обращая внимание на фланги, стремились максимально прорваться в глубину обороны противника, выйти на фланги и зайти в тыл вражеских войск. Именно решительные действия крупных танковых соединений приводили к отсечению и окружению отдельных группировок польских войск.
Завершив войну с Польшей, германское командование окончательно пришло к выводу, что именно крупные танковые и моторизованные соединения представляют собой ведущую силу в современных наступательных операциях и что комбинированный прорыв танковых соединений во взаимодействии с авиацией принесет победу над любым противником.
Война в Польше также существенно повлияла и на развитие тактики действий немецких войск. Было решено, что немецкие пехотные дивизии смогут успешно наступать на оборону противника на фронте порядка 4–6 километров, имея для поддержки на каждом километре фронта всего 10–12 орудий.
Танковая дивизия при наступлении в первом эшелоне полевой армии получала полосу шириной от 3 до 5 километров. Свой боевой порядок она должна была строить в два эшелона. В первом эшелоне, усиленном пехотой, могло находиться до 70% всех имевшихся танков. Второй эшелон чаще всего использовался не для наращивания усилий на направлении главного удара, а для выхода на фланг или даже в тыл обороняющейся группировке противника.
В ходе наступления широкое применение нашли передовые отряды силой от танковой роты до танкового полка, которые высылались от танковых и моторизованных дивизий на расстояние 50 и более километров с целью захвата важных объектов (мостов, переправ, узлов дорог, населенных пунктов).
Операции, проведенные немецкими войсками в Польше, показали абсолютное превосходство радиосвязи для управления войсками. Был взят жесткий курс на переоснащение всех подразделений связи радиосредствами, улучшение навыков работы на этих средствах. Радиостанциями начали оснащаться войска, вплоть до роты, а также танки и самолеты. Для управления войсками в бою были введены специальные переговорные таблицы, широко использовались методы скрытного управления войсками, дублирование одних средств управления другими.
В целом стратегическая наступательная операция, проведенная немецкими войсками с целью разгрома польской армии и оккупации территории Польши, стала первым серьезным испытанием для Вермахта на всех уровнях его военной организации. Высшие оперативные штабы получили опыт подготовки крупных операций и управления большими массами войск в ходе их проведения. Непосредственно войска проверили свою готовность действовать в бою, решая сложные тактические задачи. Война стала также серьезным испытанием и для немецкого военного искусства, теория которого нуждалась в доработке с учетом ведения военных действий в новых условиях обстановки.