После отдыха в Белополье дивизия к вечеру 26 апреля подошла к Казатину. Ввиду ожидавшегося сопротивления в районе товарной и пассажирской станции со стороны прикрывавшего их сторожевого охранения красных, было приказано: 4-й бригаде – атаковать товарную станцию с севера и запада; 5-й бригаде – атаковать сначала ее южную часть, а затем, продвинувшись через город, атаковать и пассажирскую станцию с запада и юго-запада. Полки должны были дойти в конном строю до самой черты города, а затем повести атаку в пешем строю. Однако полки слишком рано услали коней, вследствие чего им пришлось вести наступление с большого расстояния. Кроме того, артиллерия слишком рано открыла огонь, в результате чего 2-й полк, будучи встречен на улице выстрелами, задержался и был вынужден отступить. Связь между наступавшими частями отсутствовала, а потому атака оказалась разрозненной и, в смысле неожиданности, не удалась.

Генерал Ромер, который находился со штабом дивизии на северной окраине Казатина и отсюда отправлял полки на исходные рубежи атаки, не был удовлетворен движением колонн и проехал в расположение бригад, где уже под его личным руководством полки вновь пошли в атаку. В результате – большая часть города и часть товарной станции были заняты. Лишь отдельные воинские эшелоны, находившиеся на станции, продолжали оказывать сопротивление. Командиру технического эскадрона 16-го уланского полка удалось подорвать поезд командарма Муралова, но последнему со своим штабом удалось покинуть поезд, попавший затем в руки поляков.

Тем временем уже стемнело, и довести атаку до конца было невозможно – вследствие незнания местности и значительного числа загромождавших станцию вагонов. Перестрелка продолжалась всю ночь.

На рассвете, около 6 часов утра следующего дня, вновь началась общая атака. В короткое время сопротивление красных было сломлено. Дольше всех сопротивлялась пассажирская станция. Бронемашина красных несколько раз подъезжала и, становясь напротив станции, стреляла по полякам.

В течение всего этого и следующего за ним дня (27 апреля) части дивизии приводили в штаб отдельные группы пленных. Общая численность пленных, по данным майора Левинского, превысила 8500 человек, считая в том числе и украинскую советскую дивизию, добровольно сдавшуюся полякам. Вследствие значительного протяжения станции охрана богатой военной добычи не была как следует организована, и она подвергалась расхищению, происходившему не без участия часовых.

На другой день после взятия Казатина туда прибыл главнокомандующий польскими вооруженными силами и благодарил дивизию за блестящее выполнение набега, но ставил ей в вину отсутствие связи. При этом указал, что в будущем требует обязательного установления связи и поддержания последней на протяжении всей боевой операции. Действительно, польское командование узнало о занятии Казатина конной дивизией лишь из донесения 15-й пехотной дивизии, прибывшей в Казатин через 18 часов после конницы. Начальник же пехотной дивизии, сообщая о занятии Казатина, «забыл» упомянуть о том факте, что застал в городе кавалерийскую дивизию. Вследствие этого польское командование некоторое время предполагало, что конница была разбита красными, не дойдя до Казатина.