Однако когда первый шок прошел, надежды на быстрый захват крепости рассыпались как карточный домик. В истории 45-й дивизии ситуация описывается следующим образом: «В крепости бои приняли такой характер, которого никто не ожидал. Уже через несколько часов после начала вступления командование корпуса должно было отдать из своего резерва наш 133-й пехотный полк, чтобы целиком бросить его на взятие крепости. Вскоре пришлось бросить против крепости и все дивизионные резервы. Наши потери в людях, особенно в офицерах, вскоре приняли прискорбные размеры». Даже уже достигнутые успехи оказались поставлены под сомнение. О боях на уже занятом в первый час боев Тереспольском укреплении историограф дивизии Рудольф Гшепф сообщал: «Многочисленные кукушки и бойцы, замаскировавшиеся на Западном острове, не пропускали теперь наших пополнений. Уже в первый день войны на острове были окружены и разгромлены штабы 3-го батальона 135-го пехотного полка и 1 — го дивизиона 99-го артиллерийского полка, убиты командиры частей». Основными участниками боев на «западном острове» были пограничники.
Немецкие солдаты с опаской заходят внутрь Брестской крепости.
В 10:50 штаб 45-й дивизии доложил командованию корпуса: «Русские ожесточенно сопротивляются, особенно позади наших атакующих рот. В цитадели противник организовал оборону пехотными частями при поддержке 35–40 танков и бронеавтомобилей. Огонь вражеских снайперов привел к большим потерям среди офицеров и унтер-офицеров». В 14:30 командир 45-й пехотной дивизии генерал-лейтенант Фриц Шлипер фактически отказался от дальнейшего штурма центральной части крепости. Было решено уже проникшие на территорию цитадели подразделения отвести назад с наступлением темноты. Тем самым артиллеристам были бы развязаны руки в бомбардировке цитадели. Однако в центре крепости оставались блокированными около 70 немцев, захвативших церковь.
Штурм, который должен был занять восемь часов, растянулся на несколько дней. Командующий 2-й танковой группой Г.Гудериан впоследствии писал: «Особенно ожесточенно оборонялся гарнизон имеющей важное значение крепости Брест, который держался несколько дней, преградив железнодорожный путь и шоссейные дороги, ведущие через Западный Буг в Мухавец». В целом события в Брестской крепости развивались по общему сценарию: успех в первые часы наступления и резкое возрастание сопротивления советских войск во второй половине дня.
Запертые в Брестской крепости войска смогли оказать серьезное сопротивление наступающей немецкой пехоте. Однако невыход основных сил 42-й и 6-й стрелковых дивизий на позиции на границе означал оголение назначенных им участков. Оборона этих участков легла на части 62-го Брестского укрепленного района. УРы (укрепленные районы) на новой границе начали строиться с 1940 г. Рекогносцировка границы на предмет строительства УРов началась под руководством лучших советских инженеров-фортификаторов, в том числе генерала Д.М. Карбышева, уже осенью 1939 г. Как правило, укрепрайон по фронту достигал 100–120 км и состоял из 3–8 узлов обороны. Каждый узел обороны состоял из 3–5 опорных пунктов. Узел обороны укрепрайона занимался отдельным пулеметно-артиллерийским батальоном. Система УРов на новой границе получила неофициальное наименование «линия Молотова». Она должна была стать созданной по последнему слову тогдашней фортификационной техники системой линий обороны, надежной опорой приграничных армий. Доты на «линии Молотова» были защищены стенами толщиной 1,5–1,8 м, а толщина перекрытий до 2,5 м. Если лишь небольшая часть ДОС «линии Сталина» на старой границе была артиллерийскими, то на «линии Молотова» орудиями калибра 76,2 мм и 45 мм предполагалось оснастить почти половину сооружений. Артиллерийское вооружение имелось не только в большем количестве, но и в лучшем качестве. Высокую оценку немцев впоследствии получили шаровые установки 76,2-мм капонирных орудий Л-17, эффективно защищавшие гарнизоны артиллерийских дотов от огнеметов. Кроме того, УРы «линии Молотова» помимо 45 мм и 76,2 мм орудий, установленных в дотах, имели и собственные артиллерийские части с гаубичной артиллерией.