20-я мотобригада в ходе боев 21 сентября смогла занять юго-западную окраину города, но переправиться через Неман не сумела ввиду сильного ружейно-пулеметного огня с противоположного берега. Вечером подошла 4-я кавалерийская дивизия. Новый штурм был назначен на утро. Однако командовавший обороной города генерал Пшезьджецкий уже принял решение оставить Гродно и отдал своим войскам приказ отходить на север. В ночь на 22 сентября, под прикрытием темноты, защитники покинули город (в их числе Роман Савицкий, он еще вернется и будет расстрелян немцами в 1942 году). Утром Гродно был занят частями Красной Армии. На поле боя было захоронено 644 трупа, взято в плен 1543 военнослужащих противника, трофеями стали 514 винтовок, 50 револьверов, 146 пулеметов, 1 зенитное орудие, 1 миномет. Советские потери составили 57 человек убитыми, 159 ранеными, было подбито 19 танков и 4 бронемашины. Польские источники утверждают, что в боях за Гродно было убито и ранено 800 командиров и красноармейцев.
В последующие дни победители, оскорбленные в лучших чувствах, чинили расправу. У Собачьей Горки расстреляли два десятка взятых в плен «фашиствующих молодчиков» – школьников в возрасте от десяти до восемнадцати лет. На улицах производили обыски, в первую очередь молодежи, и, если находился хотя бы перочинный ножик, убивали на месте. Тела грудами сваливали перед костелом. Некий младший лейтенант-связист из 101-го полка по фамилии Дубовик, которому 22 сентября поручили отконвоировать из Гродно группу пленных, устроил по пути дознание и расстрелял 29 человек, ну явных врагов, «замаскировавшихся офицеров». За два дня было убито около 300 защитников и жителей города.
Тем временем командование 2-й танковой бригады, получившее задачу захватить Сокулку, но так и не дождавшееся горючего, было вынуждено создать отряд под командованием капитана Новикова в составе 43 танков, мотострелковой роты и взвода противотанковой артиллерии, которому было передано все наличное топливо. Выступив из Волковыска в 7 часов 20 сентября, отряд занял Сокулку в 14 часов. 11-я кавдивизия и 5-й стрелковый корпус продвигались на запад и юго-запад от Волковыска.
19 сентября границу перешли закончившие сосредоточение войска 10-й армии (6, 33 и 121-я стрелковые дивизии – 42 135 человек, 330 орудий и минометов, 28 танков), которые к исходу дня достигли рек Неман и Уша. Продолжая медленное продвижение во втором эшелоне Белорусского фронта, войска армии к 20 сентября вышли на рубеж Новогрудок – Городище. Приказом командующего Белорусским фронтом армии был подчинен 5-й стрелковый корпус.