Между тем 36-я бригада заняла Дубно, где были разоружены тыловые части 18-й и 26-й польских пехотных дивизий. Всего в плен попало 6000 военнослужащих, трофеями советских войск стали 12 орудий, 70 пулеметов, 3000 винтовок, 50 автомашин и 6 эшелонов с вооружением. Как видно, в Дубно были сконцентрированы значительные польские силы, одних офицеров насчитывалось около 500 человек. Однако никто и не подумал сопротивляться. Командовавший дубненской боевой группой полковник Ян Скоробогатый-Якубовский, не дожидаясь «общей директивы», да и не имея возможности ее принять, сам дезорганизовал свое воинство, объявив: «Советские войска большими силами перешли границу Польши на всем протяжении. Подробностей нет. Я только что получил приказ, чтобы мы не оказывали абсолютно никакого сопротивления в случае встречи с отрядами Красной Армии, которая вступила в край, чтобы вместе с нами сражаться против немецкого нашествия… Есть слухи, что в нескольких приграничных пунктах имело место братание. Имею надежду, что это станет повсеместным явлением». Некоторые авторы предполагают, что полковник был просто советским агентом. Офицерский состав, не пожелавший брататься, на грузовиках выехал на юг и, преодолев 120 километров, к ночи добрался в Бережаны.

В 11 часов 18 сентября советские войска после небольшого боя заняли Рогачув, где было взято в плен 200 польских военнослужащих и захвачено четыре эшелона с вооружением и боеприпасами. К 17 часам танковая бригада и разведывательный батальон 45-й стрелковой дивизии без боя вступили в Луцк. В этом районе польские тыловые части под руководством генерала Петра Скуратовича занимались созданием линии обороны по реке Стырь, естественно, фронтом на запад. 18 сентября генерал получил приказ распустить свою группу и прибыть в Станислав. В районе Луцка было разоружено и взято в плен до 9000 польских военнослужащих, захвачено 7000 винтовок, 40 пулеметов, 1 танк и 4 эшелона военного имущества. Угодил в плен и впоследствии был расстрелян генерал Скуратович.

Утром следующего дня 36-я танковая бригада двинулась к Торчину, из которого выступила на Владимир-Волынский и в 22.30, после небольшого боя в районе казарм школы хорунжих и 27-го артполка, вступила в город. 20 сентября командир бригады комбриг Богомолов вел переговоры с начальником польского гарнизона генералом Мечиславом Сморавиньским об условиях сдачи города. Договорились «честно» о том, что гарнизон может свободно покинуть Владимир-Волынский и уйти за Буг, но личное оружие будет оставлено только офицерам. Но едва польская колонна с генералом во главе начала движение в сторону Устилуга, как оказалась окружена танками, с которых сообщили, что «в связи с изменениями в международной обстановке» все поляки отныне являются военнопленными. Офицеров разоружили, колонна развернулась на 180 градусов и под конвоем замаршировала на Луцк. Останки генерала Сморавиньского найдут в Катыни.

60-я стрелковая дивизия к утру 19 сентября достигла Сарненского укрепленного района и приступила к его штурму. Советским частям, поддержанным танками, пришлось вести борьбу с долговременными огневыми точками на правом берегу реки Случь. Оборону на этом рубеже держали хорошо оснащенные подразделения полка КОР «Сарны» (батальоны «Сарны», «Рокитно», «Березно») под командованием подполковника Никодема Сулика. Им оказывал огневую поддержку занявший позицию в районе станции Немовичи бронепоезд № 51 «Первый маршал». После двухдневных боев советские войска прорвали укрепрайон и 21 сентября вошли в Сарны. Польские пограничники отступили в Полесье на соединение с группой генерала Рюкеманна, бронепоезд был отправлен в сторону Ковеля.