Пока польские войска сдерживали советское наступление на рубеже Западного Буга, польское командование с участием французской миссии генерала М. Вейгана разработало новый план военных действий, согласно которому, планируя укрепление и защиту Варшавы, поляки одновременно готовили удар южнее — на люблинском участке, в тыл и фланг главным силам Западного фронта, которые наступали в обход Варшавы с северо-востока. Южный участок фронта в период боев за Варшаву стал рассматриваться поляками как второстепенный, имевший задачей прикрытие Львова и нефтяного бассейна Галиции.
Польские войска были разделены на три фронта: Северный, Средний и Южный. Северным фронтом командовал генерал Ю. Галлер. В его составе находились три армии, из которых 5-я армия (генерал Сикорский) должна была обороняться на р. Вкра севернее Варшавы, 1-я армия (генерал Ф. Латиник) — на подступах к Варшаве, 2-я армия (генерал Б. Рой) получила задачу обороняться на левом берегу Вислы на рубеже Гура-Кальвария — Конвенице.
Средний фронт под командованием генерала Рыдз-Смиглы (с 14 августа — Пилсудского) составлял маневренную группу войск. Главной ударной силой этого фронта была 4-я армия (генерал Скерский), сосредоточенная в районе Демблин—Люблин. Основным направлением ее действий был Миньск-Мазовецкий (Ново-Минск). Правее сосредоточивалась ударная группа 3-й армии под командованием генерала Рыдз-Смиглы (1-я и 3-я пехотные дивизии легионеров, 4-я кавбригада и кавбригада майора Яворского). Южнее развертывались остальные части 3-й армии (генерал Зелинский), которые должны были обеспечить фланги и тылы района сосредоточения ударной группы, а затем, оставив конницу для прикрытия, наступать в северо-восточном направлении.
Южный фронт под командованием генерала Ивашкевича в составе 6-й армии (генерал Еджеевский) и петлюровской Украинской армии должен был прикрыть Восточную Галицию.
В это время командование Западного фронта разрабатывало план наступления на Варшаву. Войска этого фронта насчитывали около 101,3 тысячи штыков и сабель, несколько уступая противнику по численности. 10 августа командование Западного фронта отдало приказ войскам о наступлении на Варшаву. Все четыре армии фронта: 4-я, 15-я, 3-я и 16-я, а также 3-й кавалерийский корпус должны были наступать в обход Варшавы с севера.
К 11 августа войска Западного фронта вышли на линию Цеханув—Пултуск—Вышкув—Седлец—Лукув— Коцк. На фронте южнее Варшавы протяженностью 160 км оставалась слабая Мозырская группа.
Тем временем 12 августа РВС Юго-Западного фронта поставил 1-й Конной армии задачу овладеть Львовом и выйти на р. Сан. С утра 13 августа кавалерия вновь втянулась в бои за Львов. Прорвав оборону противника на р. Западный Буг, 17 августа 1-я Конная штурмовала Львов, но полякам удалось удержать город. Фактически на львовском направлении большевики (около 43,1 тысячи бойцов) оказались скованными активной обороной противника.
13 августа 1920 года началось сражение на Висле. По мере приближения большевиков к Висле и столице Польши сопротивление польских войск возрастало. 21 — я и 27-я дивизии РККА овладели сильным опорным пунктом — городом Радзимином, находящимся в 23 км от Варшавы. Прорыв в районе Радзимина создал непосредственную угрозу Варшаве. В связи с этим генерал Галлер приказал ускорить начало контрудара 5-й польской армии и ударной группировки на реке Вепше. Подбросив две свежие дивизии из резерва, польское командование предприняло 14 августа яростные контратаки, пытаясь восстановить положение в районе Радзимина. В боях под Радзимином у большевиков начались серьезные проблемы с боеприпасами и особенно снарядами.
Однако Главное командование, не знавшее состояния войск на фронте, требовало скорейшего взятия Варшавы. 14 августа Троцкий призывал большевистские войска: «Герои! Вы нанесли атаковавшей нас белой Польше сокрушающий удар. Тем не менее преступное и легкомысленное польское правительство не хочет мира… Сейчас, как и в первый день войны, мы хотим мира. Но именно для этого нам необходимо отучить правительство польских банкротов играть с нами в прятки. Красные войска, вперед! Герои, на Варшаву!».
14 августа перешла в наступление 5-я польская армия. Севернее Варшавы ее кавалерийская группа в 10 утра 15 августа ворвалась в Цеханув, где находился штаб 4-й армии. Беспорядочное бегство штаба армии привело к утрате им связи как со своими войсками, так и со штабом фронта, в результате весь правый фланг остался без управления. Получив сведения о действиях противника севернее Варшавы, командование Западного фронта приказало войскам 4-й и 15-й советских армий разбить вклинившегося между ними противника, но неорганизованные контрудары не принесли никаких результатов. 14 августа по приказу Троцкого главком потребовал от войск Западного фронта занять Данцигский коридор, отрезав Польшу от военных поставок Антанты. В ходе боев на подступах к Варшаве 14–15 августа большевики все еще вели ожесточенные бои за Радзимин, в конце концов занятый противником, а 8-я стрелковая дивизия 16-й армии прорвалась к Висле у Гуры—Кальварии, но эти успехи достигались уже на пределе сил. Вести с фронта свидетельствовали, что инициатива начинает быстро переходить к полякам.
16 августа началось наступление польских войск на фронте Цеханув—Люблин. На рассвете этого дня с реки Вепш перешла в наступление ударная группа Пилсудского, которая без особых усилий прорвала слабый фронт Мозырской группы и стала быстро продвигаться на северо-восток. Польские войска быстро наступали к Брест-Литовску, стремясь отрезать и прижать к германской границе все армии Западного фронта. Осознав опасность с юга, большевики решили создать оборону по рекам Липовец и Западный Буг, однако на перегруппировку войск требовалось время, а резервов в тылу фронта не было. Уже утром 19 августа поляки выбили части Мозырской группы из Брест-Литовска. Попытка перегруппировать войска 16-й армии также не удалась, поскольку поляки опережали советские части при выходе на любые пригодные для обороны рубежи. 20 августа польские войска вышли на линию Брест-Литовск — Высоко-Литовск — реки Нарев и Западный Буг, охватив с юга основные силы Западного фронта.
В этих условиях 17 августа командование Западным фронтом отдало приказ о перегруппировке войск к востоку, что фактически означало начало отступления советских войск с целью выхода из-под удара. Правда, еще 18 августа главком надеялся на взятие Варшавы и создание у Брест-Литовска тыловой группы из 48-й и 55-й стрелковых дивизий. Однако расстройство тыла и особенно железнодорожного сообщения сводили все эти надежды на нет. Бегство большевиков от Варшавы проходило в условиях постоянно ухудшающейся для них обстановки. В самом тяжелом положении оказались войска 4-й армии, наиболее далеко продвинувшейся на запад. Ей удалось к 25 августа пробиться до Кольно, где 15-я и 8-я польские дивизии окончательно преградили им путь на восток. Исчерпав возможность сопротивления, 18-я, 53-я, 12-я стрелковые дивизии 4-й армии и основные силы 33-й и 4-я стрелковые дивизии 15-й армии 25 августа перешли германскую границу и были интернированы. Части 3-го кавкорпуса до 26 августа старались пробиться на восток, но, исчерпав боеприпасы, тоже отошли в Восточную Пруссию. Польские войска в боях за Варшаву потеряли 4,5 тысячи человек убитыми, 10 тысяч пропавшими без вести и 22 тысячи ранеными, взяв в плен более 60 тысяч большевиков. Сразу же по освобождении северо-восточных районов страны польское командование приступило к расследованию деятельности лиц, замаранных сотрудничеством с Красной Армией. Для их наказания широко применялись военно-полевые суды, заключение в крепость и в концентрационные лагеря. В этой обстановке 17 августа в Минске начались советско-польские переговоры. 19 августа советская сторона представила польской делегации свои условия мирного соглашения. РСФСР и УССР подтверждали независимость Польши, а в качестве границы предлагали «линию Керзона» с некоторыми отступлениями в пользу Польши в районе Белостока и Холма. Очевидно, не понимая сути произошедших событий, большевики нагло потребовали от Варшавы в течение месяца сократить армию до 50 тысяч человек, создать рабочую милицию, передать излишнее вооружение Красной Армии и прекратить его производство. Более того, Польше «запрещалось» пропускать через свою территорию враждебные РСФСР силы и получать военную помощь из-за рубежа. Прекратить боевые действия предлагалось через 72 часа после подписания перемирия. За это время войска сторон должны были быть отведены на «линию Керзона», причем Красная Армия размещалась на этой линии, а польские войска — в 50 км к западу от нее. В нейтральной полосе сохранялась юрисдикция польской гражданской администрации, однако под контролем смешанной советско-польской комиссии. Польша должна была возвратить «награбленное имущество», восстановить мосты, дороги и безвозмездно наделить землей семьи, пострадавшие от войны.
