Первые попытались лихим наскоком захватить город раньше русских. Вторые, получив подкрепление в виде прорвавшихся ко Львову двух батальонов полковника Сосновского, пытались прорвать окружение врага и уйти в Румынию.
Ни те, ни другие к вечеру 20 сентября особо не преуспели в своих намерениях, к огромной радости командования Украинским фронтом, успевшего подтянуть и нарастить свой ударный кулак под Львовом.
Для переговоров с немцами прибыл комбриг Яковлев, потребовавший полного отвода немецких войск от Львова. Для считавшего Львов своей законной добычей немецкого генерала Бейера это требование было неприемлемым, но звонок из ставки ОКХ заставил его подчиниться.
В ночь с 20 на 21 сентября немцы покинули свои позиции, которые немедленно были заняты советскими войсками, умело отвлекшими внимание поляков артобстрелом Львова. Всю ночь генерал Лянгнер ждал атаки «советов», готовый отразить ее всеми имеющимися в его распоряжении силами, но ничего не произошло. Вместо этого утром к нему прибыли советские парламентеры с предложением о сдаче города в связи с его полным окружением советскими войсками.
Весь день прошел в интенсивных переговорах с Варшавой, которая разрешила генералу действовать по собственному усмотрению. Все это время ко Львову подходили новые советские подразделения, и к вечеру, ввиду безвыходной ситуации, господин генерал решил подписать протокол сдачи города Львова. Согласно ему польские войска 22 сентября оставляли город. При этом офицеры получали гарантии личной свободы и личной неприкосновенности, а также возможность выехать на территорию Румынии или Венгрии по своему выбору.
Решение генерала было воспринято в войсках и жителями города неоднозначно. Многие были против передачи Львова большевикам, и их несогласие проявилось в вооруженном противостоянии «освободителям».
После того как поляки стали складывать оружие и сдаваться в плен, советское командование решило провести парад победителей по улицам Львова, но с торжеством произошел конфуз. При продвижении по центральной части города советские подразделения попали под огонь засевших за баррикадами поляков, отказавшихся признать сдачу города.
Около часа они оказывали упорное сопротивление, не жалея патронов, пока подошедшие танки Т-28 огнем своих орудий не разнесли в пух и прах польские баррикады и их защитников. Также при помощи пушек, но только танков БТ-5, были уничтожены стрелки, засевшие на крышах некоторых львовских домов и на колокольнях костелов.
В отместку за пролитую кровь своих товарищей солдаты схватили группу сдавшихся в плен жандармов и расстреляли их возле одной из рогаток в предместье города. Поляки пытались протестовать, но все было бесполезно. До самой ночи польский город Львов стрелял и сопротивлялся, прежде чем стать советским городом.