Nad ranem 20 września 1939 r. sowiecki batalion rozpoznawczy podszedł pod Grodno od południa. Sowieci zdecydowali się zaatakować miasto przez most. Grupa została jednak na moście silnie ostrzelana przez polskich obrońców. Doprowadziło to do rozproszenia się czołgów, które dalej działały pojedynczo. W rezultacie polscy żołnierze rozpoczęli polowanie na nie, niszcząc wszystkie wozy bojowe.
Było kilka przypadków wykorzystania jako osłony cywilów przez czołgistów, w co najmniej jednym wypadku do pancerza czołgu zostało przywiązane dziecko (trzynastoletni Tadek Jasiński), które zginęło od kul. Obrońcy walczyli z sowieckimi napastnikami przy użyciu dwóch dział przeciwlotniczych, ustawionych do strzelania na wprost, a także karabinów maszynowych, granatów i butelek z benzyną.
Walki trwały do 22 września. Tego dnia z Grodna wydostali się dwaj przywódcy polskiej obrony, wiceprezydent miasta R. Sawicki i mjr. B. Serafin wraz z ostatnią częścią obrońców. Straty sowieckie są oficjalnie oceniane na 53 zabitych i 161 rannych oraz zniszczonych 19 czołgów i 3 samochody pancerne (niewykluczone, że były znacznie większe). Straty polskie są trudne do określenia, ponieważ Sowieci dokonywali mordów zbiorowych (w tym – młodzieży) – szacuje się je na co najmniej 300 zabitych.