Поздним вечером, когда огонь немецкой артиллерии стал менее интенсивным, из крепости через Тереспольские ворота вышли командование и штаб обороны, маршевые батальоны 34-го и 35-го полков, караульные батальоны, артиллеристы, обоз и машины с ранеными. С наступлением ночи дорога на Тересполь была запружена отступающими польскими частями. Прикрывать отход остались солдаты 82-го маршевого батальона и 2-я рота саперов. Саперы должны были оставить позиции последними, уничтожив за собой мосты и заминировав дорогу.

Немцы в ночь с 16 на 17 сентября перебросили на левый берег Буга 76-й пехотный полк 20-й мотодивизии под командованием полковника Голлника, планируя наступление с западного направления. В темноте на тереспольском шоссе произошло несколько стычек польского арьергарда с передовыми немецкими патрулями.

Саперы 2-й роты продолжали ожидать в Цитадели подразделения 82-го маршевого батальона. В Кобринском укреплении гремел бой. Связные, посланные к капитану Радзишевскому с приказом отходить, не вернулись. Позднее выяснилось, что командир заявил подчиненным, что разрешает им отступить, но сам будет сражаться до конца. Солдаты решили остаться вместе с ним. Около полуночи саперы при свете ракет увидели танки и пехоту, которые двигались с севера к Цитадели. Одновременно пришло известие, что дорога на Тересполь захвачена противником. Так и не выполнив задание, небольшой отряд саперов через Холмские ворота просочился на Южный остров, а затем благополучно вышел в окрестности Страдичей.

В первой половине дня 17 сентября через Западный остров в Цитадель по неразрушенному мосту у Тереспольских ворот ворвался 76-й пехотный полк немцев. Со стороны города в крепость вошли подразделения 20-й моторизованной дивизии. Потери обеих сторон в этом сражении неизвестны. В плен в районе Брестской крепости попали 988 польских солдат и офицеров, в основном раненые. Много тяжелораненых и контуженых пришлось оставить в госпитале. С ними до конца были врачи-офицеры, санитары и медсестры под руководством капитана Феликса Драгана. Часть защитников заблудилась во время марша на Тересполь и, наткнувшись на противника, была взята в плен. Однако большинство польских подразделений прибыли в назначенное место сбора в район Коденя. Около 2000 польских солдат и офицеров группировки «Брест» под командованием подполковника Хорака продолжали борьбу на Люблинщине до 1 октября.

В Полесье были развернуты войска 23-го стрелкового корпуса (52-я стрелковая дивизия и корабли Днепровской флотилии) комдива С.Д. Акимова, которым было запрещено переходить границу до особого распоряжения. Корпус присоединился к Освободительному походу лишь вечером 18 сентября, нанося удар во фланг и тыл оперативной группе «Полесье» генерала Клебэрга (впрочем, о ее наличии советское командование не имело понятия). В состав группы входили пехотная дивизия «Кобрин» (семь батальонов пехоты, два гаубичных дивизиона), Подлясская кавалерийская бригада и Пинская речная флотилия, насчитывавшая 102 боевые и вспомогательные единицы. Главной ударной силой флотилии были четыре монитора типа «Варшава» и два монитора типа «Краков».

Возле самой советской границы, в Давид-Городке, с 15 сентября размещалась эвакуированная из Варшавы штаб-квартира Корпуса пограничной охраны под руководством генерала Вильгельма Орлика-Рюкеманна, которому номинально подчинялись все польские пограничные части. Однако реально генерал имел связь только с бригадой КОР «Полесье», батальоном КОР «Клецк» и полком КОР «Сарны».