Неприятным сюрпризом для немецких танкистов и артиллеристов стали танки КВ и Т-34. Им удалось подбить насколько тяжелых и средних танков, но противотанковая оборона под атаками тяжелых танков оказалась расстроена, и пехота отступила. Местами это отступление напоминало бегство. Преодолев рубеж заболоченных речек, советские танки и мотопехота вышли на открытую местность под Берестечко. Прорыв к переправе у местечка Шуровище привел к прерыванию основной линии снабжения 11-й танковой дивизии. Советское наступление было настолько внезапным, что выскочившие из леса «бэтешки» сходу врезались в стоявшие на шоссе колонны немецких грузовиков. Колонна была заперта на шоссе авианалетом, и пробку из горящих грузовиков просто не успели разобрать. Многие грузовики в итоге оказались просто брошены. После короткого боя мост в Шуровищах немцы взорвали, отступив на западный берег речки Стырь. Однако эта мера предосторожности оказалась бесполезной. Вскоре засевшие в Шуровищах немцы услышали грохот двигателей танков Т-34 и БТ, приближающийся с запада, — еще одна советская танковая колонна подходила к ним по другому берегу реки. Смешавшимся частям 57-й пехотной и 11-й танковой дивизий пришлось отступать дальше на север, к Берестечко. Город был спешно превращен в крепость, ощетинившуюся зенитками. Его штурм последовал во второй половине дня 24 июня. Подтянув артиллерию и подавив ее огнем зенитки, части мехкорпуса проложили себе дорогу на улицы Берестечко. Уже в сумерках в город ворвались советские танки. Уличные бои при свете пожарищ шли до глубокой ночи. С захватом Берестечка обе дороги, по которым осуществлялось снабжение передовых частей XXXXVIII корпуса, оказались перехвачены. Ушедшая дальше на восток 11-я танковая дивизия оказалась изолирована. По радио ей был отдан приказ: подготовить «ежа» (позицию для круговой обороны) и ждать. Наступление на Дубно остановилось. Пехотинцы мотострелковых полков дивизии Крювеля молча копали окопы, прислушиваясь к грохоту боя далеко позади, в Шуровищах. Зарево пожарищ в тылу и рассказы выскочивших из пробки на шоссе водителей грузовиков о танковых атаках нагоняли еще больше уныния.
Несмотря на неожиданно сильный советский контрудар, командование 1-й танковой группы не впало в прострацию. Была немедленно вызвана авиация. Однако ее успехи, ввиду быстро меняющейся обстановки, остались ограниченными. Из-за опасения удара по своим бомбардировщики V авиакорпуса бомбили в основном советские тыловые колонны. Еще одним ответным ходом стало наступление 16-й танковой дивизии. Уже в середине дня она была брошена в атаку во фланг наступающим советским танкам. Боевая группа дивизии атаковала от Радзехова в направлении на Лешнев. Здесь разыгралось крупное танковое сражение. Его результаты были разочаровывающими. По его итогам немецкие танкисты докладывали: «Появились очень быстрые тяжелые вражеские танки с 7,62-см орудием, которые прекрасно стреляют с дальних дистанций. Наши танки им явно уступают»