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 вошел 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, имевшей 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 боев 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 вошел 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-пулеметным огнем и огнем противотанковых орудий. Разведбатальон и танковая рота отступили с некоторыми потерями. В бой были брошены подразделения 16-го стрелкового полка, 43-го разведбатальона, 212-го 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 пулемета.
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.