Поражение Австро-Венгрии в Галицийской битве имело огромные политические последствия для общего хода мировой войны. Теперь, после поражения в Галиции и на Марне, исполнение плана германского командования — быстрого поочередного разгрома противников — становилось проблематичным, если не невозможным вообще. Не следует забывать о заметной роли, выпавшей 8-й армии в ходе Галицийской битвы. Действия командарма-8 были высоко оценены командованием: 18 сентября (1 октября) он получает вторую за месяц боевую награду — орден святого Георгия 3-й степени.
Русское командование не отказалось от продвижения на запад. По плану Ставки три армии — 9, 4 и 5-я — должны были наступать на Краков, 3-я армия — блокировать Перемышль, а 8-я прикрывать блокаду крепости. Поначалу события и развивались согласно этому плану. Русские армии продвигались в краковском направлении, угрожая вторжением в Верхнюю Силезию; в то же время войска Брусилова начали действия в Западной Галиции. Теперь они сражались в горах, и командарм издал соответствующий приказ: «В предстоящем наступлении мы подходим к предгорьям Карпат. Местность будет более гористой, более закрытой лесами, но зато и дающей больше хороших укрытых подступов при наступлении. Нового в этом ничего нет, необходимо обратить только больше внимания на искусство маневрирования, на поддержание самой тесной связи между отдельными участками и на полное взаимодействие огня одних с наступлением других.
Брусилов предполагал, что, оставив позади Перемышль, его войска будут двигаться по пятам за противником, не давая ему возможности передохнуть и привести себя в порядок. Перемышль следовало немедленно штурмовать, и в том состоянии паники, в котором находились тогда австрийские войска, штурм имел большие шансы на успех. Но так как осаду поручили 3-й армии под командованием Радко Дмитриева, то Брусилов не имел возможности вмешаться в действия соседа. Командарм-3 не предпринял немедленного штурма. Вскоре обстановка изменилась.
Германское командование, ввиду катастрофического положения своего союзника — Австро-Венгрии, срочно перебросило в Польшу 9-ю армию Гинденбурга, намереваясь наступать на Средней Висле. В ответ русское командование перегруппировало сюда с реки Сан 9, 4 и 5-ю армии. Брусилову было приказано с утра 15(28) сентября вывести основные силы армии из боя и, сосредоточив их между Львовом и Перемышлем, создать маневренную группу, для действий в зависимости от обстановки. Несколькими днями позднее на левом фланге Юго-Западного фронта была организована под командованием Брусилова Галицийская группа (3-я, 8-я и Блокадная, позднее — 11-я армия). В задачу группы входило противодействие правому флангу австро-венгерских войск, прикрытие Львова и блокада Перемышля.
Теперь, когда действия против Перемышля входили в его прямые обязанности, Брусилов взялся за подготовку штурма крепости. Перемышль был крепким орешком: могучие бетонные брустверы, вращающиеся броневые башни, вместительные казематы, форты, один сильнее другого, глубокие рвы с прикрытием для стрелков, большое число артиллерии разного калибра, вплоть до сверхтяжелых, ряды колючей проволоки и в довершение — доминирующее положение Перемышля по отношению к окружающей местности. Гарнизон крепости немногим уступал в численности русским войскам, его обложившим. Все это делало овладение крепостью нелегким предприятием.
Все же Брусилов считал взятие крепости возможным при условии немедленного и решительного штурма. 19 сентября (2 октября) в 10 часов 55 минут он телеграфировал главнокомандующему: «Совокупность всех сведений о Перемышле привела меня к заключению, что штурм крепости имеет много шансов на успех. Генерал Щербачев, непосредственно ведавший блокадой крепости на правом берегу Сана, ознакомленный с обороноспособностью крепости, совершенно того же мнения. Так как овладение Перемышлем будет иметь громадное моральное и военное значение, освободит скованные крепостью пять дивизий, передаст в наши руки важный узел дорог, что даст возможность 3-й и 8-й армиям действовать в тесной связи, уверенность обеспечения тыла, мне представляется соответственным теперь же попытаться овладеть Перемышлем, и в этом направлении мною даны указания генералу Щербачеву начать подготовку, на которую предполагаю употребить 4–5 дней. Направляю на поддержку тяжелый дивизион, саперный батальон, 19-ю пехотную дивизию, стрелковую бригаду».
21 сентября Брусилов отдал приказ о подготовке штурма, в ночь на 24 сентября штурм начался. Русские солдаты, в особенности 73-й Крымский и 76-й Кубанский пехотные полки 19-й пехотной дивизии, обнаружили чудеса героизма, ворвались на вражеские укрепления, но взять их не могли: отсутствие тяжелой осадной артиллерии не позволило разрушить эти укрепления и подавить вражескую артиллерию. Брусилов намеревался повторить штурм, но обстоятельства воспрепятствовали этому.