Утром 20 сентября наступило затишье. Ни немцы, ни русские, занятые урегулированием взаимных претензий, войти во Львов не пытались. Но в небе над городом барражировали уже краснозвездные самолеты. Наконец, около полудня германский военный атташе в Москве генерал-лейтенант Эрнст Кёстринг сообщил Ворошилову о том, что Гитлер отдал личный приказ «о немедленном отводе немецких войск на 10 километров западнее Львова и передаче Львова русским».

В ночь на 21 сентября германские войска начали отход. Их позиции занимали советские части, готовясь к атаке города, назначенной на 9 часов утра. 2-му кавалерийскому корпусу были подчинены 38-я, 10-я танковые бригады и сводный отряд 97-й и 96-й стрелковых дивизий.

План штурма сводился к следующему: 14-я кавдивизия должна была атаковать город с севера и северо-востока, сводный отряд 17-го стрелкового корпуса с 38-й танковой бригадой – с востока; 5-я кавдивизия вместе с 10-й танковой бригадой – с юго-востока, а 3-я кавдивизия – с юга и юго-запада. Примечательно, что даже в боевом приказе польский гарнизон именовался некой «фашистской организацией».

Советские войска заняли назначенные позиции, но утром польское командование объявило о готовности вести переговоры. Генерал Лянглер дрогнул. Тем более «общая директива» приказывала с Советами не воевать. Правда, генерал ничего не предпринял для выполнения второго пункта директивы – прорыва в Венгрию, хотя отход немецких войск создавал для этого реальные предпосылки.

В 17 часов возле дрожжевого завода на восточной окраине города генерал В. Лянглер, подполковник К. Рыжински, майор Я. Явич, капитан К. Чихирин встретились с комбригом П.А. Курочкиным и Н.Д. Яковлевым, бригадным комиссаром К.В. Крайнюковым, полковником Фотченковым, полковым комиссаром Макаровым и И.А. Серовым. В ходе переговоров выяснилось, что польский гарнизон готов капитулировать. Вернувшись в город, Лянглер собрал совещание командования обороны, на котором объявил о решении сдать город Советам. «Генерал ездил к советскому командованию, – вспоминал заместитель командира 38-й пехотной дивизии подполковник Ян Соколовский. – Он изложил ситуацию. Советские отряды окружили Львов. От Львова до Злочува в поле стоят бесконечные ряды советских танков. Большевики пришли не с миром. Они действуют в сговоре с Гитлером. Генерал указал на безнадежность ситуации. Правительство, президент страны и Верховный главнокомандующий находятся за границей. Дальнейшее сопротивление не имеет смысла и может закончиться полным уничтожением города. Переговоры уже ведутся». Большинство офицеров высказались за окончание «бесцельных» боев и обсуждение приемлемых условий капитуляции.

Утром 22 сентября генерал Лянглер и полковник Раковский с составленными накануне предложениями для переговоров прибыли в штаб 24-й танковой бригады в Винники. В 11.00 было подписано соглашение о «передаче города Львова войскам Советского Союза». При этом офицерам польских войск гарантировались «личная свобода и неприкосновенность их личного имущества. Выезд их на территорию других государств будет регламентироваться гражданскими властями в дипломатическом порядке». Всех их найдут в расстрельных рвах под Старобельском, кроме генерала Лянглера. Он каким-то чудом сумеет избежать ареста, уйти в Румынию, оттуда перебраться во Францию, а затем на Британские острова.

В 14.00 польские войска стали складывать оружие, час спустя соединения 2-го кавалерийского корпуса в пешем строю совместно с танками 24, 38 и 10-й танковых бригад вступили в город. Для европеизированных обывателей Львова Красная Армия, несмотря на обилие бронированной техники, выглядела ордой нищебродов: «Бросается в глаза слабая обученность; марширующие войска отличаются низкой дисциплиной, неухоженностью и грязью. Заметно, что солдаты плохо накормлены, оружие неухоженное, обмундирование разномастное по цвету и покрою, многие в польских мундирах, обувь зачастую подвязана шнурками, чтобы не разлетелись, много дырявой. Общее впечатление – банда, а не армия».