27 сентября (10 октября) на Средней Висле завязались ожесточенные сражения между 9-й германской армией и войсками 2, 5 и 4-й русских армий, но и события в районе Ивангорода также развивались весьма напряженно. В ночь на 27 сентября (10 октября) 4-я армия переправилась за Вислу. Противник развернулся у левобережных укреплений крепости и обрушился на русских мощным огнем своей многочисленной артиллерии. Весь день шли упорные бои.
Упорные сражения под Варшавой и Ивангородом продолжались и в последующие дни. Русские войска стойко отбивали натиск противника. Тем временем в штабе фронта царило уныние. Неудача с переходом армий за Вислу произвела на Иванова удручающее впечатление. Человек необычайно впечатлительный, он впал в отчаяние. Иванов не справлялся с возложенной на него задачей по руководству столь огромной массой войск, сосредоточенных на Средней Висле, и Ставка решила разделить управление этими войсками между обоими главнокомандующими. 30 сентября (13 октября) была отдана соответствующая директива. Она ставила «ближайшей и главнейшей целью поражение войск неприятеля, наступающего по левому берегу Вислы, с нанесением сильного удара против его левого фланга»
[72].Ответственность за подготовку и выполнение такого удара возлагалась на главнокомандующего войсками Северо-Западного фронта генерала Рузского. С 1 (14) октября в его подчинение переходили Принаревская группа с крепостью Новогеоргиевск, 2-я и 5-я армии и конный корпус. В задачу Рузского входило также немедленное принятие мер к удержанию широкого района на левом берегу Вислы до окончательного сбора всех сил и удержание Галиции своими левофланговыми армиями.
Ставка придавала большое значение предстоящему наступлению. Верховный главнокомандующий Великий князь Николай Николаевич считал, что «на берегах Вислы будет решена участь первого периода кампании, а может быть, всей войны».
Русское наступление началось неодновременно. Первой 5 (18) октября перешла в атаку 2-я армия, а позднее и 5-я армия начала переправу через Вислу. На направлении действий войск Северо-Западного фронта бои приняли ожесточенный характер. Противник произвел ряд контратак, но они не имели успеха. Вскоре его сопротивление было сломлено. 7 (20) октября германские войска начали отступление. Обе армии фронта перешли к преследованию быстро отступавшего неприятеля.
11 (24) октября развернулись ожесточенные бои под Ивангородом. Здесь русским удалось неожиданно для австрийцев перебросить на левый берег Вислы 4-ю и 9-ю армии, которые и атаковали 1-ю армию генерала Данкля с обоих флангов. Боевые действия, носившие характер встречных столкновений, приняли крайне ожесточенный и кровопролитный характер. Особенно трудными были условия наступления 4-й армии, действовавшей с Козеницкого плацдарма. Войскам пришлось наступать в лесистой местности, что затрудняло их продвижение и нередко приводило к потере управления ими со стороны командования. Несмотря на это, они с честью преодолели все трудности и вместе с частями 9-й армии, переправившимися через Вислу у Ивангорода и Ново-Александрии, разгромили австрийцев и принудили их поспешно отступать на юг.
С целью обеспечения отхода своих войск от Средней Вислы австро-германское командование начало наступление против 3-й русской армии на реке Сан. Для оказания ей помощи генерал Иванов предложил 9-ю, а с ней и 4-ю армии направить во фланг австро-венгерским силам в Галиции. Русская Ставка, которая на всем протяжении операции не сумела организовать четкого взаимодействия фронтов, согласилась с этим предложением. Но поворот двух армий в южном направлении привел к большой растяжке фронта 2-й и 5-й армий, что вынудило их прекратить преследование разбитых немцев. Теперь уже не 4-я армия должна была сообразовать свое наступление с 5-й, а наоборот, и уже не Юго-Западному фронту следовало равняться по Северо-Западному, а Северо-Западный должен был согласовывать наступление своих армий с 4-й и 9-й армиями. Таким образом, вместо первоначального плана глубокого вторжения в Германию получилось вторжение в Австро-Венгрию.
Таким образом закончилась Варшавско-Ивангородс-кая операция русских войск. В ней принимала участие примерно половина всех русских сил, действовавших против Германии и Австро-Венгрии. Она завершилась крупной победой русского оружия, развеяв этим легенду о непобедимости германской армии. Однако русское командование не проявило должной твердости руководства войсками и позволило противнику увлечь себя на путь разрешения второстепенных задач. Это дало возможность германцам избежать окончательного разгрома и приступить к выработке нового плана, выполнение которого привело к Лодзинской операции.