Тем временем сводный мотоотряд 2-го кавкорпуса и 24-й танковой бригады с 35 танками около 2.00 19 сентября подошел к Львову. "При подходе к городу польская артиллерия открыла огонь. Преодолевая уличные баррикады, головной разведывательный батальон [в составе 6 танков] дошел до центра города и был встречен огнем батареи, стоявшей у костела. Первый танк был подбит. Командир разведроты старший лейтенант тов. Чуфаров, сбив орудие у костела, поджег выстрелом снаряды противника. Орудийная прислуга разбежалась, а офицеры закричали "не штрелять". По танкам был открыт из казарм и многих домов ружейно-пулеметный и револьверный огонь. Танки били по вспышкам. К 4.30 огонь прекратился с обеих сторон. В 4.20 командир бригады [полковник П.С. Фотченков], находясь в танке во Львове, получил через свою делегатскую машину записку от командарма 2 ранга тов. Городовикова приказание: 24-й танковой бригаде остановиться у Злочув и ждать дальнейших распоряжений. Командир бригады не знал причин такого приказа. Предположил, что получены указания свыше об отмене первого приказа по захвату Львова. В 5.00 командир бригады отдал приказ разведбатальону, оставаясь в городе, закрыть выходы восточной окраины Львова. Остальным танкам выйти на восточную окраину Винники (окрестность г. Львова).
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 прибыло 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 2 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 бронамашин и танков был открыт по противнику огонь. При этом подбито 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 человека. 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 горно-стрелковой 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 - останитесь 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.