На Украинском фронте войска 5-й армии 23 сентября возобновили продвижение на запад. На северном фланге наступали соединения 15-го стрелкового корпуса. В 00.30 24 сентября разведбатальон 45-й стрелковой дивизии вступил в Любомль. Из опросов населения выяснилось, что 20 сентября в город вошли германские войска, разоружившие польский гарнизон. Часть оружия немцы вывезли, а часть раздали населению для организации милиции. 21 сентября немцы покинули город, а на следующий день группа польских войск совершила налет на город, разогнала и обезоружила милицию, убив 7 милиционеров, а в 11 часов 23 сентября на перегоне Любомль - Ягодин обстреляла поезд и забрала паровоз. Горючее в городе отсутствовало, а продовольствие было вывезено германскими войсками. В 14.30 25 сентября 36-я танковая бригада, форсировав р. Западный Буг, достигла Холма (Хелма) и, сконцентрировав силы, атаковала город. После ряда боевых столкновений с польским гарнизоном, часть которого ушла в сторону Красностава, в 14 часов 26 сентября город был занят. Около 8 тыс. польских военнослужащих попали в плен, а трофеями советских войск стали 7 тыс. винтовок, 1 250 револьверов, 40 пулеметов, 10 орудий, 14 автомашин и 1,5 тыс. лошадей.
26-27 сентября 36-я танковая бригада оставалась в Холме, ожидая подтягивания стрелковых частей 15-го корпуса, которые 25-26 сентября форсировали Западный Буг. 28 сентября 36-я танковая бригада выступила в направлении Люблина, но, достигнув в 12 часов Пяски, выяснилось, что город занят германскими войсками. В 10 часов 29 сентября советские делегаты прибыли в Люблин для переговоров об отводе германских войск, которые должны были к вечеру оставить город. Однако выяснилось, что германское командование не собирается отводить войска, ожидая приказов из Берлина. К 29 сентября соединения 15-го стрелкового корпуса вышли на фронт Влодава Пугачув - Пяски, где были остановлены. 30 сентября в 12.30 над расположением 44-й стрелковой дивизии пролетел самолет с немецкими опознавательными знаками, который в 42 км юго-восточнее Люблина обстрелял расположение 1-го батальона 146-го стрелкового полка и 179-го гаубичного артполка. В результате было ранены 8 советских военнослужащих.
Южнее наступали соединения 8-го стрелкового корпуса, которые сломили слабо организованное сопротивление противника на Западном Буге и 24 сентября после двухчасового боя заняли Грубешув. Дальнейшее продвижение проходило достаточно спокойно - попадались лишь мелкие группы польских войск. 25 сентября был занят Замосць и после дневки соединения корпуса 26 сентября двинулись на Билгорай и Красныстав. 44-я стрелковая дивизия вошла в контакт с 8-й германской пехотной дивизией и заключила с ней соглашение о занятии Красноброда и движении на Рудки. Возобновившиеся дожди размыли дороги, что вызвало новые трудности с подвозом снабжения. После дневки войска 28 сентября продолжали движение на Красник. В тот же день 8-му стрелковому корпусу были переданы прибывшая в Замосць 38-я танковая бригада и достигшая Комарова 14-я кавдивизия. К 14 часа 29 сентября войска 8-го корпуса вышли на фронт Ольшанка - Кщонов - Тарновка - Закржев, где были остановлены распоряжением командующего 5-й армией за № 022723 .
Начавшийся 22 сентября отвод германских войск на запад был использован отдельными отрядами польских войск для прорыва в Венгрию в 20-километровой полосе, разделявшей вермахт и Красную армию. 21-23 сентября части 7-го и 8-го армейских корпусов 14-й германской армии столкнулись с группой генерала Домб-Бернацкого. В развернувшихся боях германские части вновь потеснили поляков на восток, а 23 сентября даже обратились к командованию 6-й советской армии с предложением помочь им в разгроме поляков. Однако советское командование не спешило ввязываться в чужие бои. Тем более что, когда войска 6-й армии с 25 сентября возобновили продвижение на запад и соединения 2-го кавкорпуса вместе с 24-й танковой бригадой вступили в Жолкев, а к 26 сентября продвинулись до района Рава-Русска, Немиров, Магеров, они так и не встретили никакой крупной польской группировки. 27 сентября корпус продолжал движение в направлении Любачув, Рудка и не имел встреч с противником. На следующий день 14-я кавдивизия была направлена на Томашув, Замосць и передана в состав 5-й армии. Остальные войска 2-го кавкорпуса вышли в район Буковина, Добча, Дзикув и выставили дозоры на р. Сан. 24-я танковая бригада 28 сентября достигла Цешанува.