Положение усугубилось тем, что в мешанине отступления Радко-Дмитриев потерял управление своими соединениями. И вместо того, чтобы любыми силами наладить связь, стал сам раскатывать по фронту на машине и через адъютантов рассылать приказы тем, кого получалось найти, — командирам полков, дивизий, минуя прямых начальников. Которые отдавали другие приказы и тщетно искали командарма, чтобы доложить ему обстановку и получить указания. Пошла неразбериха, и вместо армии были уже какие-то импровизированные единицы, сборные отряды, а где и просто толпы, старающиеся выбраться на восток или сдающиеся. Но надо сказать, что и германское командование проявило себя далеко не блестящим образом. Несмотря на значительное превосходство и богатейшие возможности в связи с плачевным состоянием русских войск, о каком-либо искусстве маневрирования и речи не было. Части противника тоже бросались сугубо в лобовые атаки. И тоже несли очень серьезные потери. А встречая сопротивление, хотя порой — только штыками, останавливались. Ближнего боя не выдерживали. Пятились, подтягивали артиллерию, засыпали снарядами и только после этого предпринимали следующие атаки. И наступление развивалось крайне медленно, сводясь к фронтальному выталкиванию русских. Им, по сути, беспрепятственно позволяли отходить на следующие рубежи.
Но из-за утраты централизованного управления обстановка становилась все более хаотичной. Одни части уже не существовали, другие отступали, третьи еще держались, четвертые только выдвигались к бою. К 11.5 положение стало угрожающим не только для 3-й армии. Прорыв углубился, и 4-я австрийская армия, продвигавшаяся на левом крыле ударной группировки, вдоль Вислы, зашла за фланг 4-й русской армии, оборонявшейся севернее. А правое крыло 11-й германской угрожало охватом фланга 8-й армии Брусилова. И Ставка дала команду на отход. 4-я Эверта отводилась на 50 км назад, на фронт Нове-Място — Сандомир, 3-я и 8-я на линию р. Сан, 11-я — на Стрый, 9-я — к Днестру. Отступление не для всех прошло гладко. В тяжелое положение попала одна из лучших дивизий — 48-я генерала Корнилова, уже успевшая к этому времени заслужить неофициальное название «Стальной». Она сражалась в горах в районе Дуклы. И при передаче 24-го корпуса Радко-Дмитриеву очутилась на крайнем левом фланге 3-й армии. Еще раз подтверждая репутацию «Стальной», стойко отбивала все атаки. А в условиях неразберихи получила приказ отступать с запозданием.
Следом на ней двинулись части 3-й австрийской армии, а на равнине соседние соединения уже были отброшены назад, и выходы из гор перекрыли 11-я баварская и 20-я дивизии противника. 48-я оказалась в окружении. При ней находился санитарный отряд Николая Родзянко, сына председателя Думы. Работал тут отряд долго, персонал успел хорошо изучить здешние места, и Родзянко предложил Корнилову путь выхода из кольца окольными тропами. Но комдив не захотел оставлять войска, растянувшиеся на 20 км и настоял на том, чтобы санитарный отряд уходил, а сам со штабом отправился к отставшим полкам. Родзянко удалось проскочить, он вывез до Сана не только всех раненых, но и часть тыловых подразделений и обозов дивизии, за что был награжден орденом Св. Владимира с мечами. Но за ним и оставшиеся дороги были перекрыты. А Корнилов организовал прорыв и сам прикрывал его с горстью храбрецов. И часть соединения пробилась, вынесла все знамена дивизии и ее полков. Но начдив был ранен осколком снаряда, значительная часть отряда, остававшегося с ним, погибла. Отстреливаясь, он вырвался со штабом чуть ли не из рук неприятеля и ушел в горы. Несколько дней прятались и лесами пробирались к своим. Изголодавшись, вышли к селению, чтобы достать продукты, и были захвачены австрийцами в плен.
На участке 8-й армии противник попытался не допустить отхода русских. Части 3-й и 2-й австрийских армий стали нажимать сильнее, чтобы задержать обороняющихся в горах, пока Макензен не зайдет им в тыл. Но Брусилов оказался предусмотрительнее Радко-Дмитриева. Еще в начале прорыва он заблаговременно отвел на восток склады и тылы. А отступление приказал произвести скрытно. Не показывать, что готовится отход, до последнего момента вести работы по усилению обороны. Потом оставить в окопах подвижные команды с пулеметами, которые какое-то время будут для видимости вести огонь, а остальным ночью сняться с позиций и уходить, стараясь подальше оторваться от врага. Пути и рубежи отступления были распределены и доведены до командиров тоже заранее. И маневр был осуществлен благополучно, кроме левого фланга. Здесь действовал сводный отряд Деникина из 4-й Железной дивизии с приданными частями, прикрывая стык 8-й и 11-й армий.
Но командующий 11-й Щербачев начал вдруг возражать против отступления. Масштабов катастрофы он не знал, наоборот, 11-я и 9-я одерживали победы. Армия Щербачева вышла к Лесистым Карпатам и атаковала перевалы, войска Лечицкого наносили удары на Коломыю и Делатынь, а его 32-й корпус начал штурм Черновиц. Правда, неудачный — корпус состоял из 2 необстрелянных ополченских дивизий, а город был сильно укреплен, атакующих встретил огонь 12-дюймовых орудий, оставляющих 10-метровые воронки. И штурм захлебнулся, удалось взять лишь передовые позиции. Но оставлять с таким трудом отбитую территорию казалось просто глупостью вышестоящих штабов. Брусилов созвонился со Щербачевым и объяснил, что если его армия замешкается, то ей перекроют выходы с перевалов и не позволят спуститься с гор. Однако корпуса 11-й уже втянулись на узкие карпатские дороги, им требовалось время, чтобы выйти назад, и по просьбе Щербачева левофланговые части 8-й армии были задержаны. А между тем, противник обнаружил отход Брусилова и навалился на этом участке, чтобы выйти в тыл войскам Щербачева. Начал такую бомбардировку, что еду и боеприпасы можно было подвозить только по ночам. Несколько атак отбили, потом дивизия Деникина получила приказ отступать, а приданные ей 2 полка еще должны были задержаться. И понесли огромные потери. Архангелогородский полк погиб почти полностью, очутившись и полукольце и простреливаемый со всех сторон.
3-я армия закончила отход к Сану 13.5. В сражении она потеряла убитыми, ранеными и пленными 140 тыс. чел. Радко-Дмитриев был смещен, вместо него назначен командир 12-го корпуса ген. Леш (корпус принял Каледин). Армия заняла позиции к северу от Перемышля, 8-я к югу. Оборона этого района была возложена на Брусилова, для чего ему подчинили и остатки 3-й армии. А Фалькенгайн как раз собирался остановить операцию — ее цели были достигнуты. Но фон Сект уговорил его продолжить наступление, доказывая, что русские разгромлены и надо развивать удар, пока они не получили подкреплений и не организовали оборону. И немцы, перегруппировавшись, нанесли сосредоточенный удар на Ярослав, подступы к которому прикрывал 24-й корпус — в котором осталась всего одна поредевшая 49-я дивизия. В ожесточенных боях город был взят, и к 16.5 русских отбросили за Сан. А на следующий день германские гвардейские полки смогли переправиться через реку и захватить плацдарм, после чего вклинились между частями 24-го и 3-го Кавказского корпусов и принялись расширять прорыв. Атаки начались и на других участках. Положение осложнялось тем, что теперь уже и в 8-й армии, имевшей к началу сражения некоторый запас снарядов, они кончились.
Деникин вспоминал о битве под Перемышлем: "Одиннадцать дней жестокого боя 4-й Железной дивизии… Одиннадцать дней страшного гула немецкой артиллерии, буквально срывающей целые ряды окопов вместе с защитниками их… И молчание моих батарей… Мы почти не отвечали — нечем. Даже патронов на ружья было выдано самое ограниченное количество. Полки, истощенные до последней степени, отбивали одну атаку за другой — штыками или стрельбой в упор; лилась кровь, ряды редели, росли могильные холмы… два полка почти уничтожены одним огнем… Когда после трехдневного молчания нашей единственной 6-дюймовой батареи ей подвезли 50 снарядов, об этом сообщено было по телефону немедленно всем полкам, всем ротам; и все стрелки вздохнули с радостью и облегчением". Он писал, что в этих боях "в первый и единственный раз я видел храбрейшего из храбрейших Маркова в состоянии, близком к отчаянию". Марков выводил из шквала огня остатки своих рот, а рядом шел командир 14-го полка. Разорвался снаряд и осколком снес ему голову. Туловище, из которого хлестала кровь, стояло еще несколько мгновений. И Марков, залитый кровью соседа, зашагал дальше…
Тем не менее, на какое-то время положение удалось стабилизировать. Ставка прислала из своего резерва 5-й Кавказский корпус, 2 корпуса перебрасывалось с Северо-Западного фронта. Почти на всех участках 8-й армии, несмотря на сильнейший натиск, атаки были отражены. А на южном фланге фронта была даже одержана крупная победа — здесь войска 11-й и 9-й армий разгромили и отбросили австро-германскую группировку, пытавшуюся прорваться через Днестр и выйти на Львов с тыла. Угрожающая ситуация складывалась лишь севернее Перемышля. Немцы здесь, продолжая постепенно теснить остатки 3-й армии, захватили два больших плацдарма за Саном, в районе г. Сеняво и у Ярослава. Несмотря на русские контратаки, прочно закрепились и объединили плацдармы, так что весь берег на протяжении 70 км от Перемышля до г. Рудника оказался в руках противника. Макензен сделал передышку, накапливая силы на плацдарме, и 24.5 нанес новые удары.
