Очнувшись от оцепенения, вызванного внезапным появлением прямо под окнами советских боевых машин, народ повалил на улицы, но опять же не для участия в праздничном митинге. Танки, не имевшие поддержки пехоты, со всех сторон подверглись нападению солдат, полицейских и молодежи, использовавших малокалиберные орудия, которые можно было сосчитать по пальцам, и бутылочные «гранаты», которые имелись чуть ли не у каждого гимназиста. Несмотря на непрерывный огонь из всех огневых точек, танки вспыхивали один за другим. Командирский БТ взорвался вместе с экипажем.

«Мы бросали гранаты и стреляли из винтовок, чтобы отвлечь огонь на себя, — вспоминал участник боя сержант Алоизий Таудул. — Летчики (из наземных служб 5-го авиаполка), воспользовавшись моментом, бегом приблизились к танку. Сержант с бутылкой бензина взобрался на башню, которая все время нервно вращалась. На призыв: «Вылезай, товарищ, не бойся, а то сожгу», — ответа не последовало, а башня снова повернулась-и выстрелила. Сержант открыл бутылку, полил бензином щели и на крышу башни, соскочил, зажег спичку и бросил на танк. Вспыхнуло пламя, башня перестала вращаться, но взрыва боеприпасов, которого мы все ожидали, не было… Позднее я видел трупы трех советских танкистов, лежавших рядом с танком, уничтоженным летчиком. До сих пор не могу понять, почему они не были обгорелыми. Вероятно, они задохнулись от нехватки кислорода».

В итоге шесть боевых машин были сожжены, остальные отошли обратно за Неман, члены экипажей частью погибли, частью попали в плен. Среди последних гродненцы признали земляков, сбежавших в Советский Союз еще до начала войны. Бывший полицейский рассказывал: «Мы выбежали на угол улиц Наполеона и Гувера, где пылал второй танк. Там увидели такую сцену: на земле лежал один убитый большевик, а другой — раненый. Какой-то гражданский замахнулся карабином и хотел добить раненого прикладом, но постовой Москалюк помешал ему, чем вызвал неудовольствие собравшейся толпы. Между тем раненый кричал: «Не убивайте, я пришел вас освободить!» — что еще больше разозлило толпу. При убитом Москалюк обнаружил водительское удостоверение, в котором мы прочли: «Техник второго ранга Александрович (имени не помню), место рождения г. Гродно». Выяснилось, что полиции хорошо известна эта еврейская семья, а именно этот преследовался за коммунистическую деятельность и сбежал в Россию, а теперь, хорошо зная город, приехал, чтобы нас «освободить».

По польским данным, еще 12 советских танков удалось подбить в районе моста через реку, куда были переброшены зенитные «бофорсы» на механизированной тяге. Солдаты и добровольцы заняли окопы на правом берегу и вели огонь из пулеметов. Перестрелка на линии Немана продолжалась весь день. Женщины и школьники оказывали помощь раненым, приносили бойцам еду и боеприпасы.

Вечером 20 сентября при поддержке подоспевшего 119-го стрелкового полка 13-й стрелковой дивизии, 27-я танковая бригада занималась зачисткой южной части Гродно, а подтянувшаяся артиллерия приступила к обстрелу занеманской части города.

Ночью группа младшего лейтенанта Шайхуддинова с помощью местных проводников на лодках переправилась на правый берег реки в двух километрах восточнее города, но ее продвижение было остановлено огнем пулеметных точек, оборудованных в районе кладбища. В ходе ночного боя 119-му полку удалось закрепиться на правом берегу и выйти на подступы к восточным окраинам. Поляки, в свою очередь, совершали вылазки на советские позиции.