В итоге первый удар пришелся в пустоту. Теперь следовало произвести перегруппировку войск, что требовало 12–16 часов, произвести разведку и готовить новый прорыв. Командующий фронтом решил не терять на это времени. Вот на людях можно было не экономить, тем более на неблагонадежном пополнении. Атака второй полосы началась утром 14 июля при плотности 90–100 орудий, когда имелась возможность иметь по 200 стволов на километр. Переместившаяся за войсками артиллерия едва заняла позиции и не успела произвести пристрелку. Разведывательных данных о противнике и его огневых средствах на второй полосе обороны почти не имелось. Поэтому Конев решил не тратить зря снаряды: огневой налет длился всего 5 минут. Естественно, противник оказался слабо подавленным, а наступающие войска встретили упорное сопротивление. Ряд контратак предприняли немецкие танковые дивизии. Для их отражения, по свидетельству генерала И.П. Галицкого, были применены «противотанковые» собаки:
«Особо нахально лезли вперед фашистские танки. В резерве полковых саперов был взвод собак — истребителей танков лейтенанта И.Н. Жукова. Командир части полковник Покровский приказал лейтенанту уничтожить «тигры». Жуков выдвинул вперед отделение младшего сержанта Бочарова в составе четырех проводников с собаками. Подпустив танки на дистанцию 100 м, воины пустили собак. Два «тигра» были подорваны, третий повернул обратно. Полк отбил контратаку фашистов и снова устремился вперед».
В течение дня советским войскам не удалось добиться успеха. Лишь 76-й стрелковый корпус армии Гордова, не входивший в состав ударной группировки, смог нащупать слабое место в обороне неприятеля. В его полосе была введена в бой 1-я гвардейская танковая бригада. Совместно они продвинулись на глубину до 8 км. Хотя бы даже полгода назад наступление 1-го Украинского фронта на этом бы и закончилось, захлебнувшись кровью. Но теперь количественное преимущество над противником было колоссальным, что позволяло повторять попытку за попыткой до получения нужного результата.
На этот раз было решено в течение ночи привести войска в порядок, выдвинуть в первую линию вторые эшелоны стрелковых корпусов, а утром 15 июля провести мощную артиллерийскую подготовку и завершить прорыв тактической зоны обороны. Количество орудий и минометов удалось довести до 200 стволов на 1 км.
В 8.30 войска северной ударной группировки возобновили наступление. Наиболее успешно в этот день действовали соединения 13-й армии. Ее корпуса прорвали вторую полосу обороны к исходу дня. Успеху способствовало, что основные усилия армии были сосредоточены на участке наиболее потрепанной 291-й пехотной дивизии.
На следующий день прорыв второй полосы осуществила и 3-я гвардейская армия, создав условия для ввода в сражение подвижных групп. При этом Конев изменил первоначальный порядок их ввода, очень ему хотелось организовать «котел» по типу корсуньского. Сначала, 16 июля, он ввел конно-механизированную группу генерала Баранова. Она должна была уже на следующий день овладеть районом Каменка—Струмиловская, захватить плацдарм на Западном Буге и перерезать бродской группировке противника пути отхода на запад. Однако наличие в составе группы уязвимых кавалерийских соединений затрудняло ей проход в оперативную глубину через узкую брешь. Это привело к потере целых суток, необходимых для развития тактического прорыва в оперативный.
Лишь 17 июля в полосе 13-й армии в прорыв, на глубине 20 км от бывшего переднего края, вошла танковая армия Катукова, имевшая 416 танков и самоходных установок, оперативная оборона немцев была окончательно прорвана и войска правой ударной группировки получили свободу для маневренных действий. Успешно развивая наступление, танкисты с ходу форсировали Западный Буг и овладели плацдармом в районе Добричина, вступив на территорию Польши. На следующий день войска генерала Гордова преодолели реку в районе Сокаля. 25-й танковый корпус генерала Ф.Г. Аникушина, составлявший ударную силу КМГ, обогнал боевые порядки пехоты и вышел к Западному Бугу, а соединения 1-го гвардейского кавалерийского корпуса 18 июля овладели Деревлянами.
Используя успех подвижных войск, стрелковые соединения продолжали расширять и углублять прорыв.