Начальнику 2-й части капитану Шуренкову связаться с польским штабом и вызвать начальника гарнизона Львова для переговоров о сдаче города. В 6.00 19 сентября части заняли свои места и приступили к обезоруживанию польских войск, подходивших к Львову на помощь, а разведбатальон обезоруживал казармы в самом городе Львове. В 6.30 к командиру бригады прибыли два польских майора для переговоров. Командир бригады вести переговоры с ними отказался и приказал явиться начальнику гарнизона или начальнику штаба. В 7.00 19 сентября прибыл полковник и два других майора, с которыми также переговоры не велись. В 7.40 прибыл начальник штаба гарнизона полковник генерального штаба [Б. Раковский] и с ним два полковника и три майора. Командир бригады отрекомендовался командиром танкового корпуса, который окружил г. Львов и предложил сдать город Львов. Начальник штаба гарнизона просил повременить, так как он не уполномочен на это и должен получить указание свыше. На все это было дано два часа. Командир бригады потребовал, чтобы танки, находящиеся в городе и на окраине, продолжали оставаться [там] и разрешения занять командные пункты для наблюдения за немецкими позициями, которые полукольцом прилегали к городу. На это было дано согласие. Договорились взаимно обменяться делегатами связи. В 8.30 немцы неожиданно предприняли атаку на западную и южную окраину города. При этом танки и бронемашины разведбатальона оказались между двух огней (немцев и поляков).
Командир бригады выслал с куском нижней рубахи на палке бронемашину к немцам. Танки и бронемашины выбрасывали красные и белые флажки, но огонь по ним с обеих сторон не прекращался, тогда из бронемашин и танков был открыт по противнику огонь. При этом подбиты у немцев 3 противотанковых орудия, убиты 2 майора и 1 офицер, ранены 9 солдат. У нас подбито 2 бронемашины и 1 танк, убиты 3 человека и ранены 4 человек. Вскоре огонь был прекращен, с бронемашиной прибыл командир 137-го полка горной немецкой дивизии полковник [фон Шляммер], с которым командир бригады в немецком штабе договорились по всем спорным вопросам. Мы подобрали своих раненых и убитых, а они своих.
В течение 19 и 20 сентября велись неоднократные переговоры между командованием 24-й легкой танковой бригады, с одной стороны, и представителями командования немецкой горной дивизии — с другой, о прекращении боевых действий и ликвидации возникших конфликтов. В результате переговоров окончательно восстановились нормальные отношения между договаривающимися сторонами. После чего между частями 24-й танковой бригады и частями горнострелковой немецкой дивизии никаких недоразумений не было. Части немецкой дивизии начали отход в западном направлении, ведя арьергардные бои с польскими войсками». В ходе переговоров командующего артиллерией Украинского фронта комбрига Н.Д. Яковлева с германским командованием стороны требовали друг от друга отвести войска от города и не мешать его штурму. К вечеру 20 сентября германские войска получили приказ отойти от Львова. Тем не менее командование вермахта вновь потребовало от поляков сдать город не позднее 10 часов 21 сентября: «Если сдадите Львов нам — останетесь в Европе, если сдадите большевикам — станете навсегда Азией». В ночь на 21 сентября германские части стали отходить от Львова, а их позиции занимали советские войска, готовясь к атаке города, назначенной на утро.
План штурма города 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. Поскольку переговоры с польским командованием никаких результатов не давали, было решено атаковать город в 9.00 21 сентября. В назначенное время советские войска двинулись к городу, но польское командование возобновило переговоры, и советские части были возвращены в исходное положение. В 17 часов возле дрожжевого завода на восточной окраине города командир польского гарнизона генерал В. Лянгнер, подполковник К. Рыжинския, майор Я. Явич, капитан К. Чихирин встретились с комбригами 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, но следует это сделать организованно. Вернувшись в город, около 20 часов Лянгнер объявил на совещании командования обороны о решении сдать город Советам. Большинство офицеров высказалось за окончание боев.