Линия обороны Тобрука была прорвана. К 9 час. 30 мин. немецкие танки пересекли противотанковый ров и стали веером продвигаться в глубь обороны.
К 11 часам, по данным 15-й дивизии, было уничтожено 15 танков противника и захвачено 150 пленных. К полудню обе германские дивизии достигли линии минного поля южнее Кингз-Кросса, где встретили решительное сопротивление 25-го английского полка полевой артиллерии, усиленного 4-й батареей 5-го южноафриканского дивизиона полевой артиллерии. 2-й южноафриканский дивизион полевой артиллерии, который располагался довольно близко от переднего края, к тому времени уже был уничтожен. В ходе жестокого боя германские танки расстреляли артиллерийскую прислугу пулеметным огнем, а затем прошли через артиллерийские позиции. К 14 часам Африканский корпус вышел на гряду холмов севернее Кингз-Кросса, и Роммель лично отправился туда для руководства наступлением. Тем временем дивизия «Ариете» все еще стояла перед противотанковым рвом, сдерживаемая 2-м Камеронским полком шотландских горцев.
Днем германская 21-я дивизия спустилась с холмов и двинулась к Тобрукской бухте, сломив ожесточенное сопротивление английского тяжелого зенитного дивизиона, подбившего несколько немецких танков. В наступающих сумерках 21-я дивизия пробилась в город Тобрук, окутанный густым дымом горящих складов, и открыла огонь с набережной по английским судам, пытавшимся вырваться в открытое море. Несколько судов было потоплено и подожжено.
15-я танковая дивизия разгромила 1-й Шервудский полк и большую часть 3-го Колдстримского гвардейского полка на кряже Пиластрино и взяла в плен штаб бригады. Взяв большое количество пленных, дивизия расположилась на отдых вокруг Кингз-Кросса. Роммель вечером 20 июня направил в Берлин сообщение о победе. Немецкие и итальянские потери были невелики.
Клоппер так и не решился на прорыв из окружения, когда дальнейшая оборона Тобрука стала невозможна. По словам Меллентина, «на рассвете 21 июня в западном секторе Тобрука царил буквально хаос, причем обстановка еще более усложнялась наличием дезорганизованных тыловых частей, бежавших накануне из восточного сектора. Рано утром 21 июня над штабом генерала Клоппера был поднят белый флаг, и в наши руки сразу попали 33 тыс. пленных». Дольше всех, до вечера 21 июня, сопротивлялся 2-й Камеронский полк. Он сдался только потому, что капитулировала вся крепость. Вырваться из Тобрука смогли только несколько сотен англичан. Многочисленные склады с продовольствием, бензином, обмундированием и боеприпасами,