Прорыв немцев на Варте под Серадзом 5 сентября привел польское главное командование к мысли, что угроза столице возникает не с юга, а, главным образом, с юго-запада. Следовало немедленно усилить гарнизон, что можно было сделать только за счет войск, отходивших с запада. Поэтому на следующий день генерал Стахевич потребовал от армий "Познань" и "Поможе" направить часть сил к столице и одновременно приказал Чуме "оборонять варшавские мосты до прибытия генералов Кутшебы и Бортновского". Гарнизон Варшавы усиливался еще в общей сложности шестью батальонами с артиллерией. Этих сил едва хватало даже для организации обороны города западнее Вислы. Но угроза быстро надвигалась и с востока. Следовало думать об организации обороны восточного предместья Варшавы - Праги. По приказу Чумы было сформировано еще три пехотных полка для обороны восточных районов города. Так постепенно польская столица превращалась в изолированный бастион, к которому со всех сторон подступали вражеские дивизии.
По инициативе президента города С. Стажиньского 5 сентября началась организация так называемой гражданской обороны, которую возглавил магистр Я. Регульский, ставший главным комендантом города. По призыву Стажиньского тысячи варшавян днем и ночью в предместьях, на улицах и площадях города возводили баррикады и противотанковые заграждения. Были созданы отряды Красного Креста, пункты первой помощи, пожарные и санитарные отряды. Организовался столичный комитет общественной взаимопомощи. Для саперных работ стали создаваться рабочие батальоны обороны Варшавы, которые 12 сентября получили название добровольческой рабочей бригады. В ее рядах насчитывалось около 6 тыс. человек, сведенных в 22 роты.
В каждом квартале образовался свой добровольческий отряд. Когда не хватало оружия, шли в ход топоры плотников, резцы и долота каменщиков, инструменты механиков, автомобильные рессоры, все попадавшиеся под руку железные брусья, даже ножи мясников и кухонные ножи, насаженные на палки от метелок. Образовались отряды вооруженных женщин и женщин-санитарок. Во всех госпиталях были открыты ускоренные курсы медицинских сестер. Появились военные мастерские, в которых женщины приготовляли корпию и бинты. Школьники средних школ образовали отряды курьеров и "национальные батальоны", на которые возлагалась обязанность подносить боеприпасы на первую линию. На совещании у командующего армией "Варшава" 15 сентября глава города заявил, что может доставить любое количество добровольцев. Для их вооружения забрали оружие у нестроевых частей, раненых; часть волонтеров удалось вооружить. Благодаря широкому участию варшавян столицу удалось в короткий срок подготовить к обороне, превратить ее в сильный укрепленный район.
Численность гарнизона столицы постепенно возрастала за счет войск, прибывавших в город из западных районов страны. Так, по данным на 17 сентября, численность гарнизона составляла: людей - 17 825, лошадей - 3 670, винтовок - 10 475, пулеметов - 475, противотанковых пушек - 34, пушек 75-мм и 105-мм - 30. В Варшаве имелось только 36 зенитных орудий и 33 танка.
В организационном отношении территория города разделялась на два участка обороны - западный и восточный. Первый включал собственно город, расположенный на западном берегу Вислы; второй - предместье Варшавы - Прагу на восточном берегу реки. Западный участок состоял из трех подучастков, каждый из которых имел 2-3 батальонных района, носивших названия обороняемых ими городских районов ("Воля", "Охота", "Мокотув"). Кроме того, имелись отдельные группы: обеспечения мостов, охраны Вислы, охраны цитадели.
Для прикрытия с воздуха варшавского оборонительного района польское главное командование назначило авиационную бригаду, имевшую 54 самолета. Артиллерия ПВО действовала в районе столицы до 5 сентября, а потом часть ее была переброшена в Брест для прикрытия нового командного пункта Рыдз-Смиглы. Конечно, в условиях поражения польских регулярных войск оборона столицы не имела надежд на успех в борьбе против сильного противника. Тем не менее 20-дневная оборона города по праву считается героической страницей борьбы польского народа за независимость.
Уже в первые дни войны над Варшавой завязались воздушные бои. Польская авиационная бригада смело вступала в схватки с превосходящими силами немецкой авиации. Она несла потери, но причиняла ущерб и врагу. Так, 3 сентября польские летчики сбили два немецких самолета и один посадили, 5-го - 9 самолетов, а 6-го - 15. Однако этим ее успехи ограничились. 6 сентября, в связи с отъездом Рыдз-Смиглы в Брест, бригада была снята с обороны Варшавы и переброшена к Бресту. Столица лишилась воздушного прикрытия.