В полосе 6-й армии (17-й стрелковый и 2-й кавалерийский корпуса – 80 834 человека, 630 орудий и минометов, 675 танков) штурмовая группа пограничников и красноармейцев в 4 часа утра 17 сентября захватила Волочиский мост. Через полчаса артиллерия 17-го стрелкового корпуса нанесла удар по вражеским объектам на противоположном берегу реки Збручь, и войска приступили к форсированию, используя захваченный мост и наведенные переправы. Проведя учения по преодолению водной преграды, части 17-го корпуса (96-я и 97-я стрелковые дивизии, 38-я и 10-я танковые бригады) свернулись в походные колонны и двинулись в сторону Тарнополя. Подвижные соединения быстро обогнали пехоту, и уже к вечеру 10-я танковая бригада (98 танков Т-28 и 40 танков БТ, 19 бронеавтомобилей) вступила в город. Наступавшая севернее 24-я танковая бригада (305 танков БТ, 8 танков Т-26, 28 бронеавтомобилей) полковника П.С. Фотченкова совместно со 136-м стрелковым полком 97-й дивизии прошла Доброводы и, обойдя Тарнополь с северо-запада, около 22 часов вышла на его западную окраину и приступила к ее очистке от польских частей. С севера в город вошли 11 танков 5-й кавалерийской дивизии 2-го кавкорпуса.
Хотя организованного сопротивления оказано не было, без стрельбы не обошлось. Так, несколько польских солдат с двумя офицерами установили пулеметы на башне костела в центре Тарнополя и открыли огонь по советским войскам. «Неожиданно с костела полоснул по улице плотный пулеметный огонь, – вспоминал С.М. Штеменко. – Заржали кони, забегали люди. Поднялась ответная стрельба. Прекратить ее нельзя было до самого рассвета. Время от времени она вспыхивала то в одном, то в другом конце города. В костеле мы обнаружили утром груды пустых гильз, но того, кто вел огонь по улице, задержать не удалось. Говорили, это – ксендз, успевший улизнуть потайным ходом». Жители города историю с ночными пулеметчиками тоже запомнили надолго, только в их описании концовка была несколько другая, чем у нашего генерала армии. Утром казачки согнали к костелу 100 человек местных и объявили их заложниками. После чего польские офицеры застрелились, солдаты капитулировали. День 18 сентября пришлось посвятить зачистке города от «бандитов». В ходе перестрелок Красная Армия потеряла 3 человека убитыми и 37 ранеными. Одновременно в Тарнополь вступили войска 17-го стрелкового корпуса. В плен было взято 600 польских военнослужащих.
Наступавшие севернее соединения 2-го кавалерийского корпуса, преодолев реку Серет, получили приказ Тимошенко форсированным маршем двигаться к Львову и овладеть городом. Так как конский состав нуждался в отдыхе, командир корпуса создал сводный моторизованный отряд под командованием комбрига Я.С. Шарабурко из 600 кавалеристов, посаженных на танки 5-й кавдивизии, и батальона 24-й танковой бригады. Отряд двинулся к Львову, по пути «собрав» до 6000 пленных. Остальные войска 6-й армии по мере возможности также стягивались к главной цели – Львову. У Сасува 14-я кавалерийская дивизия сломила сопротивление местного гарнизона и полиции, взяв в плен 1155 человек и захватив 200 винтовок. В ночь на 19 сентября от Бродов к городу подошла колонна польских войск, которая также была разоружена. В плен было взято еще 12 096 человек, трофеи составили 12 тысяч винтовок, 26 орудий, 275 пулеметов, 32 автомашины и 1200 лошадей.
К утру 19 сентября 2-й кавкорпус занял Злочув, а к вечеру 20 сентября 14-я кавдивизия достигла Ярычева, Барщевеще, 3-я кавдивизия – Калиновки, Бялки Шляхецкой в 8 километрах от Львова.
Не одержав впечатляющих военных побед, армия комкора Голикова особо отличилась на другом фронте – расстрельном. Запевалой в этом деле был сам Филипп Иванович. Так, 21 сентября в Злочуве, вспомнив свою юность в рядах карательной бригады, командарм не глядя подмахнул бумажку, разрешавшую начальнику особого отдела 2-го кавалерийского корпуса Кобернюку расстрелять любых десять человек по его выбору. Оный Кобернюк выехал в город, арестовал начальника тюрьмы, его заместителя, прокурора, несколько чиновников полиции и администрации и «всех этих лиц, в счет установленного Военным советом 6-й армии лимита», расстрелял. Чуть позже, дабы не стеснять похвальную инициативу подчиненных «лимитами», Голиков и член Военного совета бригадный комиссар Захарычев дали особистам добро «быстро арестованных» врагов народа убивать «упрощенным порядком». Эта «установка» была доведена также до командиров соединений и частей. Без суда расправлялись над пленными польскими военнослужащими, полицейскими и «мирными жителями кулацкого происхождения». Эхо этой стрельбы докатилось аж до товарища Сталина в виде жалобы прокурора армии, не сумевшего унять командарма и просившего центр «навести в нашей 6-й армии большевистский порядок».
Доказано, что рейхсфюрер Гиммлер был военным преступником, он преступные приказы отдавал. А вот маршал Голиков – полководец и освободитель Украины. Правда, «за вынесение поспешных постановлений» Филиппа Ивановича все же наказали – приказом наркома обороны объявили ему выговор. Нижестоящим «борцам с угнетателями», учитывая, что в их поступках «не было преднамеренной и злой воли, что все это происходило в обстановке боевых действий и острой национальной и классовой борьбы», вынесли символические дисциплинарные взыскания.
Между тем 1-я горно-пехотная дивизия Вермахта вышла к Львову еще 12 сентября и завязала бои в предместье, однако гарнизон успешно отбил все атаки. Благодаря энергии и распорядительности командующего округом корпуса VI генерала Владислава Лянглера и главы городской администрации Станислава Островского, массовому вступлению в армию городской молодежи, подходу резервов силы защитников Львова насчитывали 24 батальона пехоты, 3 кавалерийских эскадрона, роту саперов, входивших в состав 35-й пехотной дивизии, 33-го артиллерийского полка, не считая различных отрядов. На вооружении состояло 78 полевых и 16 зенитных орудий. Не хватало противотанковых орудий, зато было 6000 пулеметов. 18 сентября в город прибыли бронепоезда «Смелый» и «Маршал Гловацкий», три эшелона с вооружением и боеприпасами. На складах имелось по четырнадцать боекомплектов, запасов продовольствия было накоплено почти на три месяцы, топлива – на полгода. Были созданы все предпосылки для длительной обороны. Кроме того, с северо-запада, через Яновские леса и немецкие заслоны, к городу прорывались остатки армии «Малопольска» генерала Казимира Соснковского. Гражданское население страдало от воздушных бомбардировок и ежедневно гибло сотнями, но германское командование напрасно ожидало капитуляции Львова.
К этому времени цель, с которой Красная Армия пересекла советско-польскую границу, уже не вызывала сомнений. Немцы забросали город листовками, в которых, в частности, говорилось: «Русские пересекли границу как союзники Германии и протянули руку немецким войскам… Всякое сопротивление бессмысленно», – и предлагали высылать парламентеров. На совещании руководства корпуса генерал Лянглер заявил: «Большевики приближаются к Львову. Трудно установить точно, где они. Я имею приказ не сражаться с ними, но в город их не пустим». На улицах появились отряды добровольцев, вроде роты «Львовских бензинеров», вооруженных бутылками с горючей смесью для борьбы с танками.
Около 2 часов ночи 19 сентября к Львову вышел сводный отряд комбрига Шарабурко – кавалерийский полк и 35 танков. При их приближении польская артиллерия открыла огонь. Преодолевая уличные баррикады, головной разведывательный батальон в составе шести танков прорвался к центру города, но был встречен огнем 5-й батареи 33-го артполка, стоявшей у костела. В завязавшейся перестрелке головной танк был подбит, поляки потеряли одно орудие.
В 6 утра советский отряд отступил к селению Винники в трех километрах восточнее Львова и занялся разоружением стекавшихся к Львову польских частей. Однако буквально через пару часов он внезапно натолкнулся на немцев, обходивших город с юго-востока. Каждый из «союзников» считал, что никого, кроме поляков, здесь быть не может, и, вместо того чтобы пожать друг другу руки, открыл огонь. Как докладывал Тимошенко: «Посланные две наши бронемашины из Львова по другой дороге навстречу нашим войскам внезапно подверглись артиллерийскому обстрелу. Наши подумали, что это польские войска, и огнем 45-мм пушек и пулеметов подбили две противотанковые пушки… Наши две бронемашины с их славными экипажами дрались до последнего момента и сгорели». Первый контакт грозил обернуться настоящим сражением. Командир бригады выслал в немецкое расположение бронемашину с парламентерским знаком – куском нижней рубахи на палке. Танки и бронемашины выбрасывали красные и белые флажки, но огонь не прекращался. Обе стороны понесли потери: у немцев было подбито 3 противотанковых орудия, погибли 3 офицера и получили ранения 9 солдат. Бригада лишились двух бронемашин и одного танка, было убито 3 и ранено 4 человека. Разобравшись в обстановке, стороны решили обсудить ситуацию и начали переговоры, в ходе которых разгорелся спор по вопросу, кому брать Львов.