16 августа началось наступление польских войск на фронте Цеханув – Люблин. На рассвете этого дня с реки Вепш перешла в наступление ударная группа Пилсудского, которая без особых усилий прорвала слабый фронт Мозырской группы и стала быстро продвигаться на северо-восток. Получив сведения об активизации противника на фронте Мозырской группы, ее командование и командование 16-й армии первоначально решили, что речь идет всего лишь о небольшом контрударе. В этой обстановке польские войска получили важный для их операции выигрыш во времени и продолжили быстрое продвижение к Брест-Литовску, стремясь отрезать и прижать к германской границе все армии Западного фронта. Осознав опасность с юга, советское командование решило создать оборону по рекам Липовец и Западный Буг, однако на перегруппировку войск требовалось время, а резервов в тылу фронта не было. Уже утром 19 августа поляки выбили слабые части Мозырской группы из Брест-Литовска. Попытка перегруппировать войска 16-й армии также не удалась, поскольку противник опережал советские части при выходе на любые пригодные для обороны рубежи. 20 августа польские войска вышли на линию Брест-Литовск – Высоко-Литовск – реки Нарев и Западный Буг, охватив с юга основные силы Западного фронта. Следует также учесть, что все это время польское командование имело возможность перехватывать и читать радиограммы советского командования, что, безусловно, облегчало действия Войска Польского.

В этих условиях 17 августа командование Западного фронта отдало приказ о перегруппировке войск к востоку (слово «отступление» так и не было произнесено), что фактически означало начало отступления советских войск с целью выхода из-под удара[262]. Правда, еще 18 августа главком надеялся на взятие Варшавы и создание у Брест-Литовска тыловой группы из 48-й и 55-й стрелковых дивизий. Однако расстройство тыла и особенно железнодорожного сообщения сводили все эти надежды на нет. Фронту требовалось всего 67 паровозов, но их не было. Отход советских войск от Варшавы проходил в постоянно ухудшающейся для них обстановке. Уже 22 августа части 15-й армии отошли к Ломже, но атаки противника вынудили советские войска отходить на северо-восток к Граево и Августову. В самом тяжелом положении оказались войска 4-й армии, наиболее далеко продвинувшейся на запад. 22 августа 4-я армия все еще находилась в районе Млавы, где прорвалась через фронт 18-й пехотной дивизии противника. Тем временем 22 августа 8-я польская дивизия заняла Остроленку, а 23 августа 1-я, 21-я пехотные дивизии и 4-я кавбригада выбили советские войска из Белостока. В этих условиях 4-й советской армии удалось к 25 августа пробиться до Кольно, где 15-я и 8-я польские дивизии окончательно преградили им путь на восток. Исчерпав возможность сопротивления, 18-я, 53-я, 12-я стрелковые дивизии 4-й армии и основные силы 33-й и 4-я стрелковые дивизии 15-й армии 25 августа перешли германскую границу и были интернированы. Части 3-го кавкорпуса до 26 августа старались пробиться на восток, но, исчерпав боеприпасы, тоже отошли в Восточную Пруссию. Польские войска в боях за Варшаву потеряли 4,5 тыс. человек убитыми, 10 тыс. пропавшими без вести и 22 тыс. раненными. Трофеями польских войск стали 231 орудие и 1 023 пулемета, в плен было взято 66 тыс. красноармейцев