К исходу дня передовые батальоны 3-й гвардейской армии генерал-полковника В. Н. Гордова продвинулись на глубину 8 — 15 км, а передовые батальоны 13-й армии генерал-лейтенанта Н. П. Пухова — на глубину 6–8 км, где встретили организованное сопротивление противника на второй полосе. Для ее прорыва с утра следующего дня были введены в сражение главные силы этих армий.
Севернее Бродов враг стремился любой ценой удержать вторую полосу обороны и не дать нашим войскам овладеть рубежом Западного Буга. Особенно упорное сопротивление он оказал в районах Кутов и Горохова, где немецко-фашистское командование ввело в сражение свои оперативные резервы 16-ю и 17-ю танковые дивизии. Наши войска, наращивая силу удара и отражая непрерывные контратаки врага, расширяли прорыв в сторону флангов. Однако прорвать вторую полосу обороны противника с ходу не удалось.
Ожесточенные сражения завязались в воздухе. Уничтожая вражеские самолеты, советские летчики, взаимодействуя с зенитчиками, показали высокое мастерство и мужество. Особенно отличились в первые дни операции летчики 9-й гвардейской истребительной дивизии полковника А. И. Покрышкина. В одном из воздушных боев три четверки наших истребителей во главе с ведущими Г. А. Речкаловым, А. И. Покрышкиным и А. И. Труд атаковали и обратили в бегство 40 немецких бомбардировщиков, прикрываемых 8 истребителями. Советские асы сбили в этом бою 9 фашистских стервятников, не понеся потерь. Только за первые четыре дня наступления на рава-русском направлении было сбито 115 самолетов противника. Немецкая авиация вынуждена была снизить свою активность.
Наступление на рава-русском направлении возобновилось утром 15 июля. После часовой артиллерийской и авиационной подготовки части 3-й гвардейской и 13-й армий вновь атаковали противника, завершили прорыв тактической обороны и продвинулись на 15–20 км. Создались благоприятные условия для окружения бродской группировки противника.
Командующий фронтом в этих целях решил ввести в прорыв конно-механизированную группу генерал-лейтенанта В. К. Баранова. Она должна была утром 16 июля вступить в сражение в полосе 13-й армии, к утру следующего дня овладеть Каменка-Струмиловской (Каменка-Бугской) и отрезать пути отхода на запад бродской группировке. Однако своевременно войти в прорыв группа не смогла. Опередив части 13-й армии на несколько километров, ее соединения вышли в район Холоюва. Продолжая наступление, группа разгромила 20-ю немецкую моторизованную дивизию, форсировала Западный Буг и лишь к исходу 17 июля заняла Каменка-Струмиловскую, а на следующий день Деревляны. Пути отхода бродской группировке врага на запад были перерезаны.