Командовать осадой Перемышля до прибытия генерала Селиванова был назначен командир 9-го корпуса 3-й армии генерал Д.Г. Щербачев. Генерал Щербачев полагал, что Перемышль и теперь, по прошествии трех недель, можно легко взять штурмом.
Однако время для легкого взятия крепости уже прошло.
Сложность штурма Перемышля заключалась в том, что неприятельская армия, отошедшая на запад и находившаяся в трех-четырех переходах от Перемышля, успела уже оправиться и пополниться, и, следовательно, была готова перейти в наступление, чтобы помочь гарнизону Перемышля и не допустить падения крепости.
Тем не менее, выгоды от взятия Перемышля были настолько велики, что русское командование решило предпринять штурм.
В ночь на 24 сентября (7 октября) начался штурм Перемышля. Два форта восточной, так называемой Седлисской группы, были взяты войсками 19-й пехотной дивизии.
Однако, как и опасался А. Брусилов, австро-венгерские войска перешли в наступление, стремясь спасти осажденную крепость. Передовые русские части, находившиеся на реке Дунаец, стали отходить. Австрийцы могли подойти к Перемышлю в четыре перехода. Генерал Брусилов, имея в этот момент всего 2 корпуса, которые ни в коем случае не могли бы сдержать наступающего противника, обсудив с генералом Щербачевым положение дел, пришел к заключению, что успешно завершить штурм Перемышля до подхода австрийских войск не удастся, а потому пришлось отдать приказ о прекращении блокады.
Русские войска отошли на восточный берег реки Сан, частично сняв осаду Перемышля. Это дало возможность австро-венгерскому командованию пополнить в крепости запасы продовольствия и подвезти боеприпасы.