Во Львов также послали советского парламентера, но Лянглеру пока было не до переговоров. 19 сентября группа генерала Соснковского предприняла последнюю отчаянную попытку прорваться к городу. К этому моменту армия «Младопольска» насчитывала 7 батальонов пехоты и 6 артиллерийских батарей — всего около 3000 человек и 20 орудий. Им навстречу львовский гарнизон силами пяти батальонов организовал сильную контратаку. Однако вылазка цели не достигла. Хотя были отбиты два населенных пункта и на пике сражения польские группировки разделяло всего полтора километра, пробить оборону противника не удалось. Немцы перебросили на помощь 1-й горнопехотной дивизии части 2-й горнопехотной и 7-й пехотной дивизий. Атаки генерала Соснковского успеха не имели. Его артиллерия быстро израсходовала остатки боекомплекта и не смогла в решающий момент поддержать пехоту. Лишь отдельным солдатам и офицерам удалось просочиться сквозь немецкие боевые порядки во Львов, остальные погибли либо попали в плен. Генерал Соснковский сумел пересечь венгерскую границу и далее добраться до Парижа.
Утром 20 сентября наступило затишье. Ни немцы, ни русские, занятые урегулированием взаимных претензий, войти во Львов не пытались. Но в небе над городом барражировали уже краснозвездные самолеты. Наконец, около полудня германский военный атташе в Москве генерал-лейтенант Эрнст Кёстринг сообщил Ворошилову о том, что Гитлер отдал личный приказ «о немедленном отводе немецких войск на 10 километров западнее Львова и передаче Львова русским».
В ночь на 21 сентября германские войска начали отход. Их позиции занимали советские части, готовясь к атаке города, назначенной на 9 часов утра. 2-му кавалерийскому корпусу были подчинены 38-я, 10-я танковые бригады и сводный отряд 97-й и 96-й стрелковых дивизий.
План штурма сводился к следующему: 14-я кавдивизия должна была атаковать город с севера и северо-востока, сводный отряд 17-го стрелкового корпуса с 38-й танковой бригадой — с востока; 5-я кавдивизия вместе с 10-й танковой бригадой — с юго-востока, а 3-я кавдивизия — с юга и юго-запада. Примечательно, что даже в боевом приказе польский гарнизон именовался некой «фашистской организацией».
Советские войска заняли назначенные позиции, но утром польское командование объявило о готовности вести переговоры. Генерал Лянглер дрогнул. Тем более «общая директива» приказывала с Советами не воевать. Правда, генерал ничего не предпринял для выполнения второго пункта директивы — прорыва в Венгрию, хотя отход немецких войск создавал для этого реальные предпосылки.
В 17 часов возле дрожжевого завода на восточной окраине города генерал В. Лянглер, подполковник К. Рыжински, майор Я. Явич, капитан К. Чихирин встретились с комбригом П.А. Курочкиным и Н.Д. Яковлевым, бригадным комиссаром К.В. Крайнюковым, полковником Фотченковым, полковым комиссаром Макаровым и И.А. Серовым. В ходе переговоров выяснилось, что польский гарнизон готов капитулировать. Вернувшись в город, Лянглер собрал совещание командования обороны, на котором объявил о решении сдать город Советам. «Генерал ездил к советскому командованию, — вспоминал заместитель командира 38 -й пехотной дивизии подполковник Ян Соколовский. — Он изложил ситуацию. Советские отряды окружили Львов. От Львова до Злочува в поле стоят бесконечные ряды советских танков. Большевики пришли не с миром. Они действуют в сговоре с Гитлером. Генерал указал на безнадежность ситуации. Правительство, президент страны и Верховный главнокомандующий находятся за границей. Дальнейшее сопротивление не имеет смысла и может закончиться полным уничтожением города. Переговоры уже ведутся». Большинство офицеров высказались за окончание «бесцельных» боев и обсуждение приемлемых условий капитуляции.
Утром 22 сентября генерал Лянглер и полковник Раковский с составленными накануне предложениями для переговоров прибыли в штаб 24-й танковой бригады в Винники. В 11.00 было подписано соглашение о «передаче города Львова войскам Советского Союза». При этом офицерам польских войск гарантировалась «личная свобода и неприкосновенность их личного имущества. Выезд их на территорию других государств будет регламентироваться гражданскими властями в дипломатическом порядке». Всех их найдут в расстрельных рвах под Старобельском, кроме генерала Лянглера. Он каким-то чудом сумеет избежать ареста, уйти в Румынию, оттуда перебраться во Францию, а затем на Британские острова.
В 14.00 польские войска стали складывать оружие, час спустя соединения 2-го кавалерийского корпуса в пешем строю совместно с танками 24-й, 38-й и 10-й танковых бригад вступили в город. Для европеизированных обывателей Львова Красная Армия, несмотря на обилие бронированной техники, выглядела ордой нищебродов: «Бросается в глаза слабая обученность; марширующие войска отличаются низкой дисциплиной, неухоженностью и грязью. Заметно, что солдаты плохо накормлены, оружие неухоженное, обмундирование разномастное по цвету и покрою, многие в польских мундирах, обувь зачастую подвязана шнурками, чтобы не разлетелись, много дырявой. Общее впечатление — банда, а не армия».
Польский гарнизон выполнил соглашение о сдаче, лишь отдельные группы в нескольких местах открыли огонь с баррикад, но сопротивление было быстро подавлено. К вечеру 23 сентября в городе был наведен порядок, г и основные силы советских войск были выведены на его окраины (среди множества трофеев оказались и два польских бронепоезда, которые после косметического ремонта были призваны на службу в чекистское ведомство. «Бартош Гловацкий» получил наименование бронепоезд № 58 и вошел в состав 3-й дивизии НКВД по охране железных дорог, «Смелый» стал бронепоездом № 75 в составе 4-й дивизии НКВД. Оба летом 1941 года были разбиты в дуэлях с немецкими танками и брошены командами).
Польские патриоты в Лондоне и Париже немало пеняли генералу Лянглеру за его «малодушие и отсутствие широты мышления»:
«…Львов, согласно нашей оценке, мог быть удержан в польских руках еще две-три недели, возможно, до 10.10.1939. Это была бы самая продолжительная оборона последнего предела польской земли. Морально-пропагандистское и моральное значение такой обороны на глазах всего света, внимание которого было тогда сосредоточено на Польше, — просто трудно переоценить… В целом роль Лянглера в период с 17.9.1939 следует оценивать крайне негативно».
Что ж, каков поп, таков и приход. В день, когда Лянглер обдумывал решение о капитуляции, в Румынии интернированный маршал диктовал свой последний приказ Войску Польскому:
«Солдаты!
Большевистское нападение на Польшу произошло в то время, когда наши войска совершали маневр, целью которого была концентрация сил в юго-восточной части Польши, чтобы, имея возможность получать поддержку, военные материалы и связь через Румынию с Францией и Англией, продолжать войну дальше. Нападение большевиков сделало невозможным выполнение этого плана. Все наши войска, способные сражаться, были связаны действиями против Германии. Я считал, что в сложившейся ситуации моей обязанностью было избежать бесцельного кровопролития в борьбе с большевиками и спасти то, что еще можно спасти. Выстрелы в большевиков, произведенные частями КОР, подтвердили, что мы не отдаем нашу землю добровольно. А поскольку в первые дни большевики не стреляли по нашим отрядам и не разоружали их, я решил, что имеется возможность вывести достаточно крупные силы на территорию Венгрии и Румынии. Я имел целью перевезти вас во Францию и там организовать польскую армию. Хотел, чтобы польский солдат принял участие в дальнейшей войне и чтобы при победоносном ее окончании существовала польская армия, которая представляла бы Польшу и ее интересы. Об этой важнейшей сегодня цели вы должны помнить. Хотя условия вашей жизни были наитяжелейшими, вы должны держаться, не забывая, что являетесь солдатами, которых обязывает к тому долг и честь… Надо стиснуть зубы и держаться. Положение изменится, война продолжается. Будем еще биться за Польшу и вернемся в Польшу, принеся ей победу».
Фельдмаршал Манштейн, отдавая дань уважения храбрости польских солдат и офицеров, не смог скрыть презрения к их главнокомандующему:
«В маленьком зале, который мы избрали для столовой оперативного отдела нашего штаба, в качестве символа новой Польши висел писанный масляными красками портрет преемника Пилсудского, маршала