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.