19 сентября около 2.00 сводный моторизованный отряд под командованием командира 5-й кавалерийской дивизии 2-го кавалерийского корпуса комбрига И. Шарабурко (600 спешенных кавалеристов и 35 танков и бронеавтомобилей) подошёл к г.Львов. Бронегруппой командовал командир 24-й лтбр полковник П.С. Фотченков. В городе танки были встречены артиллерийским огнём. Головной разведывательный дозор (6 танков) через баррикады дошёл до центра города и был остановлен огнём батареи, стоявшей у костёла. Первый танк был подбит. Командир разведывательной роты старший лейтенант Чуфаров огнём своего танка уничтожил орудие у костёла, выстрелом поджёг складированные снаряды противника. После чего поляки прекратили сопротивление. Так же танки были обстреляны из казарм и домов ружейно-пулеметным огнём. Танки били по оружейным вспышкам и уничтожали эти огневые точки.
4.30. В городе огонь прекратился с обеих сторон.
В 5.00 командир 24-й лтбр полковник П.С. Фотченков отдал приказ разведбатальону остаться в городе, но закрыть выходы на восточной окраины Львова. Отдельным подразделениям командир приказал выйти на восточную окраину Винники (окретность г. Львова). Начальнику 2-й части капитану Шуренкову связаться с польским штабом и вызвать начальника гарнизона Львова для переговоров о сдаче города. Так же были посланные две бронемашины из Львова в восточном направлении. Для связи с подходящими советскими войсками. Эти бронемашины, на выходе из Львова внезапно подверглись артиллерийскому обстрелу и вступили в бой, ведя огонь из 45-мм пушек и пулемётов. Как оказалось позже, экипажи бронемашин-делегатов связи подбили две немецкие противотанковые пушки и убили одного офицера и четырёх солдат. Экипажи бронемашин дрались до последнего, даже будучи объятые огнём и погибли. К сожалению, об этом бое узнали позже.
6.00. Подразделения 24-й лтбр заняли свои позиции и приступили к обезоруживанию польских войск, подходивших к Львову на помощь, и казармы в самом городе Львове.
6.30. К командиру 24-й лтбр прибыли два польских майора для переговоров. Командир бригады полковник П.С. Фотченков вести переговоры с ними отказался и приказал явиться начальнику гарнизона, или начальнику штаба.
7.00. К полковнику Фотченкову прибыл польский полковник и два майора, с которыми также переговоры не велись.
7.40. К полковнику Фотченкову прибыл начальник штаба польского гарнизона г.Львов полковник генерального штаба Б. Раковский и с ним два полковника и три майора. Командир бригады полковник П.С. Фотченков предложил сдать город Львов советским войскам. 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 24-й бригады потребовал, чтобы танки, находящиеся в городе и на окраине, продолжали оставаться на своих местах. Но дал разрешение занять полькам пункты для наблюдения за германскими позициями, которые полукольцом прилегали к городу.
8.30. Немцы (вышедшие ко Львову ещё 16.09.1939) неожиданно предприняли атаку на районы города занятые советскими войсками. Польские войска приняли бой, а советские танки и бронемашины разведбатальона 24-й лтбр оказались между противоборствующими сторонами, в результате советские танкисты так же вынуждены были открыть по немцам огонь. Присоединившись к полякам. Вот такой вот получился совместный советско-польских бой против немцев. При этом, от огневого воздействия наших войск, у немцев оказались подбиты 3 противотанковые орудия, убиты 3 и ранены 9 человек. В 24-й бригаде потеряно 2 бронемашины и 1 танк, убиты 3 человека и ранены 4 человека. Кроме того на поле боя в нашем расположении остались два подбитых поляками немецких танка.
Имел место и воздушный бой прикрывающих свои войска советских и немецких самолётов.
9.00. Для переговоров теперь прибыл командир 137-го полка германской горно-пехотной дивизии полковник Шляммер, с которым командир бригады полковник Фотченков уже в германском штабе договорился по вопросам урегулирования конфликта. На переговорах командующий советской группировкой потребовал от немцев немедленно отвести свои войска, поскольку части Красной Армии имеют приказ штурмовать город. Германское командование ответило отказом. Но стороны договорились собрать своих раненых и убитых. Однако два подбитых немецких танка остались на нашей стороне. В дальнейшем они были эвакуированы. «Двойка» была доведена в Кубинке до ходового состояния и прошла полный объём испытаний. Сильнее поврежденная «Тройка» подверглась детальному изучению и испытанию обстрелом. Танк настолько понравился специалистам, что заложенные в нём идеи оказались реализованы в танке Т-126. Но это другая история. А тогда появление наших войск избавило Львов от штурма его немецкими войсками. Штурма планируемого на 19.09.1939 года.
По дипломатическим каналам немцы начали оказывать нажим на советское руководство. Исходя из своего желания заполучить Львов (привет пакту Молотова-Ребентропа). Утром 20 сентября 1939 г. германский посол в Москве Ф.В. фон дер Шуленбург сделал Молотову заявление. В нем указывалось на "опасность возникновения крайне серьезного инцидента" между советскими и германскими войсками. Посол обращался к советскому руководству с настойчивой просьбой "в самом срочном порядке" отвести наши войска и тем самым принять меры, которые позволили бы предотвратить конфликт. С аналогичной просьбой обратился к Ворошилову и генерал Кёстринг. В ответ советская сторона выразила "удивление" по поводу нахождения германских войск восточнее Львова и их боевой активности в этом районе. Было подчеркнуто, что инцидентов наверняка не будет, если немцы прекратят попытки продвижения в восточном направлении и отведут свои войска.
Решительная позиция советского руководства вынудила Гитлера во избежание осложнения отношений с СССР дать 20 сентября 1939 г. приказ об отводе германских войск от Львова. Германские генералы, которые были готовы пойти на открытое военное столкновение с СССР, квалифицировали это решение фюрера как "день позора немецкого политического руководства", однако были вынуждены подчиниться приказу.
Уход немцев из районов восточнее Львова сопровождался неоднократными стычками и артиллерийскими дуэлями между советскими и германскими частями. Инциденты не прекращались и в дальнейшем. Имели место и советско-немецкое схватки и на территории Белоруссии. Так 23 сентября возле Видомли (ныне Каменецкий район Брестской области) части 10-й танковой дивизии вермахта (подчинённой Гудериану) обстреляли конный разъезд разведбатальона 8-й стрелковой дивизии (привет якобы "параду" в Бресте). В результате обстрела 2 человека погибли и еще двоих ранили. В ответ из бронемашин разведбатальона был открыт огонь по немецким танкам, один из которых был уничтожен вместе с экипажем.Столкновения между подразделениями Красной Армии и вермахта имели место под Люблином и в других районах Восточной Польши.