Вылазка больше напоминала стремление осажденных вырваться из блокадного кольца и соединиться с ближайшей из полевых австро-венгерских армий. Колонне пехоты с батареями полевых пушек и с еще остававшейся в Перемышле кавалерией удалось продвинуться от наружного пояса фортов только на 18 километров. Бои за пределами крепостной ограды шли на протяжении трех дней.
Осажденному гарнизону так и не удалось вырваться из блокадного кольца: подоспевшие резервы русских перекрыли все удобные пути прорыва на юг. В это время пришло по радио известие о том, что австро-венгерские армии оказались вновь отброшенными к Карпатам. Теперь прорыв защитников Перемышля терял всякий смысл и грозил только гибелью в чистом поле. Фельдмаршал фон Кусманек приказал войскам возвратиться в крепость.
Трехдневные бои к югу от Перемышльской крепости заметно обескровили ее гарнизон: потери убитыми, ранеными, пленными и дезертирами из числа местных ландштурмистов оказались велики. Активная оборона с вылазками и контрбатарейной стрельбой стала заметно ослабевать. Видя, что упорство осажденных слабеет с каждым днем, командование русской Осадной армией стало передвигать блокадные полевые позиции все ближе и ближе к фортам наружного пояса, тем самым заметно сужая блокадное кольцо.
В январе 1915 года русская пехота пошла на приступ вражеских позиций на юго-западном фронте крепости. Им удалось ворваться на правом берегу Сана в форт № 7, в котором рукопашный бой шел всю ночь. Генерал Кусманек бросил на помощь гарнизону форта сильные резервы, и атакующим пришлось отойти на исходные позиции. После этого боя русские оставили неприятеля на юго-западе крепостной ограды в покое.
Затем начались дни, когда стороны ограничились лишь «умеренной» артиллерийской дуэлью. Сказывались необходимость сбережения боезапаса и обоюдное желание избежать лишних, неоправданных людских потерь.
Ситуация в Галиции складывалась далеко не в пользу Австро-Венгрии. Тем меньше оставалось шансов у гарнизона Перемышля на деблокаду. Генерал Кусманек имел приказ держаться как можно дольше, приковывая к себе несколько русских дивизий, которые могли оказаться или под Львовом, или на карпатских перевалах.
В крепости была ограничена дневная норма выдачи провианта: его оставалось на складах по старой норме только на два с половиной месяца. Поскольку запасы фуража иссякали, с начала января 1915 года стали забивать лошадей на мясные порции личному составу гарнизона. До конца осады было забито 21 тысяча лошадей. Их мясо позволило растянуть продовольственные ресурсы на четыре с половиной месяца.
Поскольку осада затягивалась, русские перешли к активным действиям. В феврале 1915 года они сильной ночной атакой, в которой участвовали две пехотные бригады (4 полка пехоты) захватили часть вражеских опорных пунктов на внешнем крепостном обводе, взломав тем самым цельность оборонительной линии. После захвата передовых окопов и батарейных позиций атакующие вышли к фортам.
Ландштурмисты и венгерские гонведы под натиском русской пехоты отступили, удерживаясь теперь только на линии фортов. Отстоять крепость в ту ночь им удалось благодаря массированному огню более тысячи крепостных и полевых орудий. Атакующие такой мощной артиллерийской поддержки не имели.
Трудности с провиантом дали о себе знать в середине февраля, когда за счет гарнизона стали кормить гражданское население, оставшееся неэвакуированным в тыл. Гарнизонные склады все больше пустели. Гарнизонному начальству «для пополнения недостающего пришлось создать специальную промышленность».
С наступлением весны осаждающие стали действовать более энергично. Это выразилось в постоянном ведении разведки боем, бомбардировкой крепости с воздуха, более частыми артиллерийским обстрелами и «частными» атаками вражеских полевых укреплений.
В марте продовольственные запасы крепости подошли к концу, хотя боеприпасов оставалось еще достаточно. Комендант Перемышля генерал фон Кусманек 5 марта предпринял попытку прорыва линии обложения силами всего гарнизона. Его действия во многом напоминали отчаянную попытку вырваться из осажденной Плевны армии Осман-паши в ходе Русско-турецкой войны 1877—18-78 годов.
Направление прорыва перемышльского гарнизона было направлено в сторону Львова, на соединение с действовавшей южнее города австрийской армейской группировкой (вскоре преобразованной в 7-ю армию), которой командовал генерал барон Карл Пфлянцер-Балтин.
Это направление прорыва выглядело перспективным в силу ряда причин. Во-первых, разведка посчитала, что полевые укрепления русских здесь слабее, чем на других участках блокадного кольца. Во-вторых, на этом пути ожидалось встретить большие продовольственные склады противника, захват которых был очень заманчив. И, в-третьих, по радио удалось связаться со штабом Пфлянцер-Балтина, который пообещал фельдмаршалу Кусманику нанести встречный удар.
Приготовления осажденных к прорыву не остались без внимания разведки Осадной армии. Ее командующий генерал от инфантерии А.Н. Селиванов незамедлительно принял ряд мер для предотвращения выхода более чем 100-тысячного вражеского войска из крепости и соединения его с австро-венграми у Львова. К месту ожидавшегося прорыва были стянуты армейские резервы, в том числе несколько батарей полевой артиллерии.
Перемышльский гарнизон предпринял массированную атаку, поддержанную огнем нескольких сот орудий. На первой осадной линии русских окопов дело доходило до рукопашных схваток. Однако около полудня атакующий пыл австрийцев окончательно иссяк, и комендант крепости, видя невозможность прорыва, приказал войскам вернуться в крепость.
Оказавшись в безвыходном положении, генерал фон Кусманек решил сдать крепость так, чтобы со стороны командования Австро-Венгерской империи к нему не было никаких упреков и обвинений. Три дня артиллерия фортов и полевые батареи днем и ночью вели яростный огонь по русским позициям, стараясь расстрелять как можно быстрее свой боезапас, который мог достаться победителям как трофей. Русская артиллерия почти не отвечала. Предполагалось, что осажденные австро-венгры вновь пойдут всей силой на прорыв.
Утром 9 марта комендант Перемышльской крепости по радио получил согласие перед капитуляцией взорвать форты и прочие крепостные укрепления, а также мосты через реку Сан, уничтожить все остававшиеся склады с боеприпасами, войсковым имуществом и провиантом и привести в негодность артиллерию. Весь день в Перемышле то там, то здесь грохотали взрывы.
Только после этого, в тот же день 9 марта, крепостной комендант послал своих парламентеров в селение Мосциску, где размещался штаб русской Осадной армии. Уполномоченные генерала Кусманика заявили генералу от инфантерии А.Н. Селиванову о «прекращении Перемышлем военных действий».
Русские войска в тот же день вступили в крепость и приняли капитуляцию ее огромного гарнизона. В плен сдалось 9 генералов (Кусманек, А. Тамаши, К. Вейзендорфен и др.), 93 штаб-офицера, 2204 обер-офицера, 113 890 нижних чинов, то есть более 115 тысяч военнослужащих австро-венгерской армии. Эти цифры были приведены в изданной австрийским Генеральным штабом официальной истории Первой мировой войны.
Трофеями победителей стали свыше 900 орудий. Остальные осажденными были приведены в полную негодность или были уничтожены в ходе артиллерийских дуэлей с русскими осадными батареями.
Взятие крепости Перемышль стало крупной победой русского оружия в Первой мировой войне, которая существенным образом изменяла обстановку. Пленение почти 120-тысячного гарнизона стало тяжелым ударом для вооруженных сил Австро-Венгрии. Одновременно высвобождалась для действий на линии фронта 11-я русская армия, которая могла в самый короткий срок оказаться в Карпатах.
Капитуляция Перемышля многое меняла в планах Берлина и Вены. Теперь терялась сама цель предпринятого неприятельского наступления, поскольку Перемышль, куда так рвались австро-венгры и германцы, находился теперь в руках русских, а сама крепость (большинство ее укреплений) была взорвана.
После падения Перемышля командующий Осадной, ставшей полевой 11-й армией генерал от инфантерии Андрей Николаевич Селиванов высочайшим приказом был награжден орденом Св. Георгия 3-й степени. Однако через месяц ему из-за тяжелой болезни пришлось покинуть армейские ряды и уйти в отставку, оставшись только членом Государственного совета.
...Заняв Перемышльскую крепость, русские нашли в ней взорванные форты, мосты и склады, приведенные в негодность, более или менее современные артиллерийские системы, к которым не было боеприпасов. У русских не было ни времени, ни сил, ни материальных средств, ни крепостных орудий, чтобы восстановить крепостные укрепления. То есть в день капитуляции крепость представляла собой груду развалин, и от нее осталось только название.