17 сентября польские послы в Англии и Франции уведомили союзные правительства о том, что Советский Союз «предпринял нападение на Польшу… Польское правительство заявило протест в Москве и дало указание своему послу потребовать паспорта».[668] Тем временем советские войска стремительно развивали наступление, а польское правительство и военное командование поздно вечером 17 сентября перешли румынскую границу, рассчитывая выехать из Румынии во Францию, но под давлением Германии они были интернированы.[669] В тот же день в советское посольство в Варшаве прибыли представители от командующего обороной города генерала Руммеля, сообщившие, что с Красной армией они не воюют согласно приказу Рыдз-Смиглы. Из дальнейших контактов с польскими военными советский поверенный в делах Чебышев сделал 25 сентября вывод, что они ждали скорого прихода Красной армии и рассчитывали сдаться ей, а не вермахту.[670] Тем временем польским дипломатам в СССР было заявлено, что их присутствие нежелательно,[671] и 9 октября из Москвы в Ленинград для отправки в Финляндию выехало 115 человек во главе с Гжибовским. Генеральный консул в Киеве Матушинский бесследно исчез.[672]

На правом фланге Белорусского фронта Красной армии от латвийской границы до Бегомля была развернута 3-я армия, имевшая задачу к исходу первого дня наступления выйти на линию Шарковщина — Дуниловичи — оз. Бляда — Яблонцы, а на следующий день на фронт Свенцяны, Михалишки и далее продвигаться на Вильно. Главный удар наносился правым крылом армии, где были сосредоточены войска 4-го стрелкового корпуса и подвижной группы в составе 24-й кавдивизии и 22-й танковой бригады под командованием комдива 24 комбрига П. Ахлюстина. В 5 часов утра 17 сентября войска перешли границу и с помощью пограничных частей уничтожили польскую пограничную стражу: были убиты 21 и пленены 102 польских пограничника. Наступавшие от Ветрино 5-я стрелковая дивизия и 25-я танковая бригада к вечеру через Плиссу подошли к северной окраине Глубокого. Наступавшие на направлении главного удара части подвижной группы в 8 часов заняли Докшицы, к 18 часам — Дуниловичи, где танковые части остановились по причине отсутствия горючего, поскольку тыловая колонная бригады не была пропущена вперед командиром кавдивизии. Пехотные соединения значительно отстали: 27-я стрелковая дивизия заняла в 12 часов Парафианово и подходила к р. Сервечь, а 50-я стрелковая дивизия заняла Крулевщизну. Потери советских войск составили 3 человек убитыми, 24 ранеными и 12 солдат утонули.

Для ускорения наступления на следующий день 25-я танковая бригада была включена в состав подвижной группы, получившей задачу наступать на Свенцяны. Однако в 3.55 18 сентября штаб 3-й армии получил приказ Белорусского фронта в течение дня занять Вильно. Проанализировав обстановку, командование 3-й армии в 9 утра поставило эту задачу группе Ахлюстина, передвинув срок ее исполнения на утро 19 сентября. Правда, реальное выполнение этого приказа началось лишь вечером 18 сентября, когда он наконец-то был передан Ахлюстину. Дело в том, что войска подвижной группы с утра начали действовать по первоначальному плану. В 7 часов разведгруппа 22-й танковой бригады заняла Поставы, а в 14 часов достигла Свенцян, куда в 15.30 подошли разведгруппы 25-й танковой бригады и 24-й кавдивизии. При приближении советских танков к аэродрому в Кобыльниках оттуда улетело 38 польских самолетов, а 2 было сожжено поляками. Основные силы подвижной группы еще только продвигались к Свенцянам. Причем комдив—24 вновь отказался пропустить вперед строевых частей кавалерии тылы 22-й танковой бригады, которая, прибыв в Свенцяны, снова оказалась без горючего.

Получив в 22 часа в Свенцянах приказ о взятии Вильно, Ахлюстин создал подвижную группу из 10-го танкового полка 25-й танковой бригады и радведбатальона 27-й стрелковой дивизии под командованием полковника Ломако, которая, получив все наличное горючее, в 0.30 19 сентября выступила из Свенцян. За ними несколько позднее двинулась мотогруппа в составе 700 спешенных и посаженных на автомашины кавалеристов 24-й кавдивизии. Тем временем группа Ломако в 2.30 достигла Подбродзе, где разоружила 40 польских солдат, спавших на вокзале, а в 3.30 у Неменчина захватила мост через р. Вилию, арестовав 15 полицейских, собиравшихся взорвать его. В 4.30 группа достигла северной окраины Вильно. Тем временем остальные части 3-й армии к вечеру 18 сентября достигли следующих районов. 25-я танковая бригада находилась в районе Годуцишек, 27-я стрелковая дивизия вышла в район озер Мадель и Нарочь, 50-я стрелковая дивизия находилась между Поставами и Мадель, а 24-я кавдивизия сосредоточивалась у Свенцян. На крайнем правом фланге армии 10-я стрелковая дивизия продвигалась южнее р. Западная Двина в сторону Дриссы.[673]

Южнее 3-й армии на фронте от Бегомля до Иванец развертывались войска 11-й армии, имевшие задачу к исходу

17 сентября занять Молодечно, Воложин, на следующий день — Ошмяны, Ивье и двигаться далее на Гродно. Перейдя в 5 часов 17 сентября границу, 6-я танковая бригада в 12 часов заняла Воложин, соединения 16-го стрелкового корпуса в это же время вошли в Красное, а к 19 часов достигли Молодечно, Бензовец. Соединения 3-го кавкорпуса уже к 15 часам достигли района Рачинеты, Порыче, Маршалки, а с утра

18 сентября двинулись дальше в сторону Лиды, выйдя к 10 часам на фронт Рыновиче, Постоянны, Войштовиче. В это время 3-му кавкорпусу и 6-й танковой бригаде была поставлена задача наступать на Вильно, который приказывалось занять

19 сентября. В 11.30 кавалерия двинулась к Ошмянам, которые были без боя заняты в 14 часов. Узнав от местного населения, что впереди движется польский обоз с политзаключенными, части 8-го танкового полка выступили в погоню и в районе Юришаны взяли в плен около 150 польских военнослужащих. К исходу 18 сентября соединения кавкорпуса достигли района Ошмяны — Курмеляны. Будучи вынужденным дать отдых лошадям, командир 3-го кавкорпуса создал из 7-го и 8-го танковых полков кавдивизии сводную танковую бригаду под командованием полковника Мирошникова, которая продолжила наступление на Вильно.