Ещё 18 сентября в Гродно начались перестрелки между польскими войсками и прокоммунистически настроенными горожанами. Последним 18 сентября удалось освободить политзаключённых из местной тюрьмы.
20 сентября в 13 часов пятьдесят танков 27-й танковой бригады подошли к южной окраине Гродно, с ходу атаковали поляков и уже к вечеру заняли южную часть города и вышли на берег Немана. Несколько советских танков прорвались через мост в центр Гродно. Но танки, не поддержанные пехотой, были атакованы солдатами, полицейскими и польской молодёжью, которые использовали артиллерийские орудия и бутылки с зажигательной смесью. Часть советских танков им удалось уничтожить, а остальные вернулись обратно за Неман.
К 18 часам 20 сентября 27-я танковая бригада и 119-й стрелковый полк 13-й стрелковой дивизии находились в южной части Гродно. Группа младшего лейтенанта Шайхуддинова переправилась на лодках на правый берег Немана в 2 км восточнее Гродно, где начала бой за кладбище, на котором были оборудованы пулемётные гнёзда. В ходе этого ночного боя 119-й полк закрепился на правом берегу Немана и вышел на подступы к восточной окраине города.
Утром 21 сентября к Гродно подошёл 101-й стрелковый полк, он также переправился на правый берег и развернулся севернее 119-го полка. В 6 часов утра оба полка, усиленные четырьмя орудиями и двумя танками, атаковали город и к полудню вышли на линию железной дороги, а к 14 часам находились уже в центре Гродно, но к вечеру были отведены на окраину.
С рассветом 22 сентября моторизованная группа 16-го стрелкового корпуса вошла в Гродно с востока. В ночь на 22 сентября польские войска бежали из города. Взятие Гродно обошлось РККА в 57 убитых и 159 раненых, было подбито 19 танков и 4 бронемашины. На поле боя захоронили 644 поляков, взяли в плен 1543 военнослужащих, советскими трофеями стали 514 винтовок, 50 револьверов, 146 пулемётов, одно зенитное орудие и один миномёт.
Обратим внимание: и вермахт, и РККА старательно повторяли одну и ту же ошибку — пытались штурмовать в лоб города, занятые польскими войсками, где их поддерживала наиболее фанатичная часть польского населения. Мало того, многие польские города имели в своих предместьях укрепления и, таким образом, превратились в мощные крепости. Те же Гродно и Брест к 1914 г. были русскими крепостями. Кроме того, в 20–30-х гг. поляки построили у многих городов целые укрепрайоны с бетонными дотами, для поражения которых требовались мортиры или гаубицы калибра не менее 280 мм.
Во втором эшелоне за конно-моторизованной группой наступали войска 10-й армии. Они 19 сентября перешли границу с задачей выйти на фронт Новогрудок — Городище, а затем двигаться на Дворец. К исходу первого дня наступления части 10-й армии вышли к рекам Неман и Уша, а к вечеру 20 сентября вышли на рубеж Налибоки — Деревна — Мир, после чего получили задачу выдвигаться на фронт Сокулка — Большая Берестовица — Свислочь — Новый Двор — Пружаны.
Вечером 20 сентября приказом командующего Белорусским фронтом 10-й армии были подчинены войска 5-го стрелкового, 6-го кавалерийского и 15-го танкового корпусов. Однако на следующий день, после переговоров командующих 10-й армией, конно-моторизованной группой и Белорусского фронта, решено было оставить 6-й кавалерийский и 15-й танковый корпуса в составе конно-моторизованной группы.
17 сентября в 5 часов утра началось наступление на фронте 4-й армии, в задачу которой входило, двигаясь на Барановичи, к вечеру первого дня выйти на линию Снов — Жиличи. К 10 часам вечера 29-я танковая бригада овладела Барановичами и расположенным здесь же укрепрайоном, который не был занят польскими войсками. Первым в город вошёл танковый батальон под командованием И. Д. Черняховского.
В районе Барановичей советские войска взяли в плен около 5 тысяч польских солдат, четыре противотанковые пушки и два эшелона с продовольствием.
8-я стрелковая дивизия 4-й армии заняла Несвиж и продвинулась до Снува, а 143-я стрелковая дивизия заняла Клецк. К вечеру 18 сентября 29-я и 32-я танковые бригады, двигавшиеся по шоссе Барановичи — Кобрин, вышли на реку Шара, 8-я стрелковая дивизия прошла Барановичи, а 143-я стрелковая дивизия продвинулась до Синявки.
К исходу 19 сентября 29-я танковая бригада вошла в Пружаны, где оставалась до 22 сентября. 32-я танковая бригада заняла местечко Миньки, расположенное на шоссе Барановичи — Кобрин. 8-я стрелковая дивизия подошла к реке Шара, 143-я стрелковая дивизия заняла район Ольховка — Городище.
20 сентября к 21 часу 32-я танковая бригада вошла в Кобрин, а 8-я стрелковая дивизия — в Ружаны, 143-я стрелковая дивизия заняла Ивацевичи.
29-я танковая бригада, оставшаяся в Пружанах, занималась осмотром и ремонтом танков и вела разведку в сторону Бреста. У Видомля был установлен контакт с германскими частями.
Войска Украинского фронта 17 сентября перешли польскую границу и стали продвигаться в глубь страны. На северном фланге на фронте от Олевска до Ямпола развернулась 5-я армия, в задачу которой входило «нанести мощный и молниеносный удар по польским войскам, решительно и быстро наступать в направлении Ровно». В районе Олевска сосредоточилась 60-я стрелковая дивизия, имевшая задачу наступать на Сарны. В районе Городища развернулся 15-й стрелковый корпус. Ближайшей его задачей был выход к реке Горыни, а к вечеру 17 сентября он должен был занять Ровно. В районе Острог — Славута развернулся 8-й стрелковый корпус, имевший своей задачей к исходу дня занять Дубно.
18 сентября 15-й и 8-й стрелковые корпуса должны были занять Луцк и двинуться в сторону Владимира-Волынского. В 5 часов утра 17 сентября части 5-й армии перешли границу, сломив незначительное сопротивление польских пограничных частей.
К утру 19 сентября 60-я стрелковая дивизия достигла Сарненского укрепрайона и завязала бои за овладение им. Советские части вели борьбу с дотами противника на правом берегу реки Случь. В ходе двухдневных боёв советские войска прорвали укрепрайон на фронте Тынне — Князь-Село и 21 сентября вступили в Сарны, откуда польские войска отступили в Полесье. До 25 сентября бойцы 60-й дивизии очищали Сарненский укрепрайон от вооружения и боеприпасов.
17 сентября в 18 часов передовой отряд 45-й стрелковой дивизии занял Ровно, разоружив там мелкие польские части. Наступавшая севернее 87-я стрелковая дивизия 15-го стрелкового корпуса 19 сентября в районе Костополя вступила в бой с двумя пехотными полками противника. После непродолжительной перестрелки полторы тысячи поляков при 25 полевых орудиях сдались, а остальные разбежались.
21 сентября в 4 часа утра разведбатальон 45-й стрелковой дивизии вошёл в Ковель. Польские части, находившиеся в городе, боя не приняли и бежали на запад.
21–22 сентября 87-я стрелковая дивизия на рубеже Навуз — Боровичи была остановлена хорошо укрепившейся группой 3-го польского пехотного полка и вступила в бой. «21 сентября разведбатальон и танковая рота при входе в деревню Навуз были обстреляны ружейно-пулемётным огнём и огнём противотанковых орудий. Разведбатальон и танковая рота отступили с некоторыми потерями. В бой были брошены подразделения 16-го стрелкового полка, 43-го разведбатальона, 212 гаубичного артполка и 71-го противотанкового дивизиона. В бою 21–22 сентября на Безымянной высоте в Навуз противник был уничтожен. Остатки преследовались до Боровичи. В результате боя поляки имели 260 человек убитых и раненых и 120 пленных», было подбито одно 45-мм орудие и три станковых пулемёта.