Теснимые частями вермахта поляки оказались заперты в ловушку на правом берегу реки Бзура, но 17 сентября безуспешно попытались перейти в контрнаступление. В тот же день войска Красной Армии вошли в Восточную Польшу и заняли земли, населенные украинцами и белорусами. Советские части не встретили особого сопротивления и на следующий день заняли Вильнюс, а 19 сентября сомкнулись с немецкими войсками в Брест-Литовске.
Несколько танков TKS, вооруженные 20-мм противотанковыми пушками, в умелых руках оказались мощным оружием, в чем получили возможность убедиться танкисты 6-й немецкой танковой дивизии. 18 сентября неподалеку от Почехи, что в Центральной Польше, курсант Роман Орлик из Волынской кавалерийской бригады подбил из своей танкетки три вражеских танка PzKpfw 35(t), одним из которых командовал лейтенант Виктор Гогенлоэ (принц фон Ратибор) из 11-го полка 6-й танковой дивизии. К этому времени поражение поляков стало очевидным. Последующее сопротивление было явно бессмысленным, и польская армия капитулировала.
Остатки 19 польских дивизий и 3 кавалерийских бригад, то есть примерно 100 тысяч человек, оказались запертыми в котле в районе Кутно и 19 сентября сдались частям 8-й армии вермахта. На юго-востоке страны, в Лемберге (Львове) и Перемышле, поляки предприняли ряд яростных контратак против частей 1-й немецкой горнострелковой дивизии, приписанной к 14-й армии. Поход Красной Армии положил конец попыткам немцев захватить Лемберг, и город сдался русским. Последние подразделения польской армии сдались немцам 5 октября.
Несмотря на суровые бои, гитлеровские танки немецкого и чешского производства без труда взяли верх над польскими войсками. Немцы понесли 40-тысячные потери, в том числе 8 тысяч убитыми, и лишились 217 танков, однако сумели изрядно потрепать 800-тысячную польскую армию[32].
Прибыв в Брест-Литовск, Гудериан получил приказ до 22 сентября отойти на восток от демаркационной линии и оставить свои подбитые танки. После переговоров с русскими было решено, что немцы могут забрать всю свою военную технику. Однако захваченные ими польские трофеи пришлось оставить, потому что времени на их вывоз не было[33]. Одним из первых шагов Сталина по уничтожению старших офицеров польской армии на оккупированных Красной Армией территориях стала массовая депортация, кульминацией которой явилась трагедия в Катыни.