С утра следующего дня три германские корпуса перешли в решительное наступление, охватывая с трех сторон центральные корпуса 2-й армии, которые готовились к отступлению, не помышляя даже о временной обороне. В результате было замкнуто кольцо окружения вокруг 13-го и 15-го корпусов и 2-й пехотной дивизии 23-го корпуса в районе Грюнфлисского (Кальтенборнского) леса. В этих условиях командующий 2-й армией генерал А. В. Самсонов приказал войскам ускоренным маршем выходить из окружения, не предусмотрев при этом необходимость организации прорыва. Сам он с оперативной частью штаба выехал в Янов для того, «чтобы взять в руки управление армией в целом. По пути он везде натыкался на неприятельские части; его конвою и штабу пришлось ходить в атаку и пробивать себе путь. В такой обстановке генерал А. В. Самсонов не нашел возможным вернуться к своим окруженным войскам и покончил с собой в ночь на 17 августа в лесу в 4 км юго-западнее города Вилленберга».
Принявший командование армией командир 13-го корпуса генерал Н. А. Клюев не использовал всех возможностей для спасения окруженных корпусов. Был отдан приказ о капитуляции. Противник пленил около 90 тыс. человек, захватил 450 орудий. 20 тысяч солдат и офицеров пало на поле боя.
События на Северо-Западном фронте показали неподготовленность Верховного главнокомандующего и командующего фронтом к подготовке и проведению операций на окружение крупной группировки противника, а командующего армией – ведению боевых действий в условиях окружения и организации прорыва из него.
В то время в сознании Верховного главнокомандующего и штаба Ставки русской армии преобладало вынесенное из прежних войн мнение, что победа формируется не из выигранных полевых сражений, а из количества захваченных вражеских городов и крепостей. «Это доказывает чисто обывательский взгляд Ставки Верховного главнокомандующего, расценивавшей успехи лишь с точки зрения занятия «пунктов», отмеченных на карте жирным шрифтом», – пишет А. А. Керсновский. Поэтому после взятия Львова русская стратегия требовала очередного географического объекта – «пунктика», обозначенного на карте жирным шрифтом или звездочкой. Таким объектом была выбрана австрийская крепость Перемышль с ее многочисленным гарнизоном. 6 сентября 1914 года по приказу Верховного главнокомандующего армии Юго-Западного фронта, приступили к осаде Перемышля. В результате три австрийские дивизии, засев в этой крепости, сковали действия 38 русских дивизий. Это и стало главной причиной свертывания наступления русских войск в Галиции уже на этапе преследования противника. Осада Перемышля продолжалась почти 8 месяцев. 9 марта 1915 года гарнизон Перемышля капитулировал. В плен попало 120 тысяч человек, в том числе 9 генералов и более 2,5 тысяч офицеров австро-венгерских войск.