В конце первой недели сентября 4-я танковая дивизия, входившая в состав 10-й армии, не только прорвала позиции польских войск, удерживавших участок фронта между Пётркувом-Трыбунальски и Лодзью, но и вырвалась к шоссе, ведущему прямо к Варшаве. Однако немцы не знали, что польский генерал Кутреба сосредоточил 12 дивизий и собрался нанести удар по 10-й армии и прорваться на север, в направлении польской столицы. Наступающий XVI корпус вскоре оказался под угрозой удара западной польской армии. Тем не менее основная масса польских войск оказалась в кольце вражеских войск в районе Кутно.
Польские танки проявили себя в этих боях не самым лучшим образом и практически не смогли противостоять бронированному кулаку вермахта. К юго-западу от Варшавы, в Рачине, два польских легких танка пытались сдерживать продвижение подразделений 4-й танковой дивизии, что позволило отступающим полякам взорвать мосты. Однако танковый бой длился недолго, и немцы все-таки перебрались вброд на другой берег. Мосты были отремонтированы, и 8 сентября части вермахта были уже в предместьях Варшавы. Когда на следующий день немцы вышли к Висле, в котле Кельце-Радом 60 тысяч польских солдат были взяты в плен и захвачено в качестве трофеев 130 артиллерийских орудий.
10 сентября маршал Рыдзь-Смиглы приказал своим войскам отступать на юго-восток Польши, но к этому времени немцы уже прорвали польские оборонительные линии на Висле, Буге и Сане. Восемь дней спустя маршал бежал в Румынию, в то время как шесть польских дивизий рвались на помощь столичным гарнизонам. 10 – 14 сентября 4-я танковая дивизия немцев вела оборонительные бои на двух фронтах.
Польская армия отчаянно пыталась несколько раз перейти в плохо скоординированное наступление. 12 сентября польская пехота при поддержке двух танковых рот была брошена в бой против частей вермахта в Мокотове, юго-восточном районе Варшавы, заставив 4-ю танковую дивизию отступить. Танкисты извлекли суровый урок боевых действий в городских условиях. В предместьях Варшавы 4-я танковая дивизия потеряла 57 из 120 танков, подбитых польскими артиллеристами. 26-я и 27-я польские дивизии были брошены в наступление и сумели оттеснить немцев, однако их успех был