Подошла и 2-я казачья дивизия Павлова — Брусилов направил ее на прикрытие стыка между 24-м и 8-м корпусами. А к вечеру из 8-го корпуса от Радко-Дмитриева пришло донесение, что его авиаразведка засекла большие колонны неприятеля, движущиеся к Гродеку. Стало ясно, что не добившись успеха на левом фланге, австрийцы хотят переместить тяжесть на центр. Проломить тут фронт и ворваться во Львов. И Брусилов стянул к 7-му и 8-му корпусам все резервы, сосредоточив 85 из 152 своих батальонов, больше половины армии. Сюда же перебросил дивизион тяжелых орудий и значительную часть легких. И приказал этой группировке с утра 12.9 перейти в наступление в расчете на неожиданность, чтобы вырвать у врага инициативу. План удался. Хотя русские части и не смогли далеко продвинуться, но и массированный удар австрийцев был сорван, они перешли к обороне. А на левом фланге очень удачной оказалась атака, начатая Деникиным, — после вчерашних тяжелых боев противник тут вообще не ожидал активности от русских…
Но главное, этими действиями был выигран еще один день. Причем последний день. Потому что эта попытка прорыва фронта была последней возможностью австрийцев выправить положение в свою пользу — у них уже грянула катастрофа на северном участке. Еще двумя днями раньше, вечером 8.9, армия Лечицкого все же прорвала там оборону. А рядом на узком участке в 26 км после массированной артподготовки продвигалась 4-я. Атаки продолжались днем и ночью, и за двое суток непрерывных боев русские продвинулись на 7–9 км. Но решающий успех принес смелый маневр командующего 5-й армии Плеве. Вклинившись между группой Иосифа-Фердинанда и 4-й австрийской армией, увлекшейся боями с частями Рузского, он направил 2 своих корпуса по расходящимся направлениям. Один на север, в тыл группировки, противостоящей Лечицкому и Эверту, другой на юг — в тыл австрийцам, сражающимся с 3-й армией.
И фронт противника сломался. Стал рушиться, как карточный домик. Под угрозой окружения обе группировки стали отходить. 10 — 11.9, преследуя их, соединения 9-й и 4-й армии продвинулись уже не на несколько километров, а на 30 — 32. А отступление 4-й австрийской армии Ауфенберга открыло дорогу Рузскому, и запахло обходом уже и для группировки, стянутой против Брусилова. Вечером 12.9 на всем фронте 8-й армии неприятель произвел короткое наступление — но более шумное, чем решительное. И получив уже сведения о победе под Рава-Русской, Брусилов правильно расценил это как отвлекающий маневр. Предупредил подчиненных, что ночью австрийцы начнут отход, приказав зорко следить за ними и преследовать. И действительно, под покровом темноты колонны врага двинулись на запад, разрушая за собой переправы через Верещицу. Но и части 8-й, измотанные боями, не смогли этому помешать. Брусилов требовал немедленно форсировать речку, перебросить за нее хотя бы команды разведчиков и конницу и гнать врага без передышки. Командование фронта тоже понимало это и передало Брусилову из 3-й армии свежую 10-ю кавдивизию, ринувшуюся в преследование и захватившую много орудий и пленных.
Одновременно с битвой в Галиции произошло еще одно сражение в Восточной Пруссии. Конрад еще раньше обращался за помощью к Гинденбургу, предлагая ему двинуть войска на юг, добить 2-ю армию и через Польшу ударить по тылам русских армий, наступающих на австрийцев. Но германское командование сочло такой план слишком рискованным, подставлять свой фланг армии Ренненкампфа Гинденбургу как-то не улыбалось. И он выбрал более надежный вариант — развернуться против 1-й русской армии, над которой после прибытия 2,5 корпусов с Западного фронта имел двойное преимущество. Главные силы Ренненкампфа, нацеленные Жилинским на осаду Кенигсбурга, сконцентрировались на северном фланге, и немцы решили ударить по южному, где находился лишь один 2-й корпус и конница. Планировалось прорвать здесь фронт, глубоко охватывая всю армию и отрезая ей пути отхода в Россию, оттеснить к морю и болотам Нижнего Немана и уничтожить. Ренненкампф учитывал подобную угрозу и приказал своей кавалерии вести неослабное наблюдение за районом Летцена. Но немцы вели перегруппировку в 2 — 3 переходах от линии фронта, выставив сильные заслоны, и кавалерийская разведка не смогла обнаружить их развертывания.
5.9 корпуса Гинденбурга начали выдвижение из-за линии Мазурских озер, 8.9 отбросили передовые отряды из окрестностей Летцена, а 9.9 перешли в общее наступление, нанеся поражение частям русского 2-го корпуса и заставив их отступать. Ренненкампф срочно снял с правого фланга 20-й корпус и ускоренными переходами бросил его на левый, чтобы не допустить охвата. И в это же время, 9.9, с юга перешла в наступление 2-я русская армия — по всем реляциям якобы уничтоженная неделю назад, но уже восстановившая боеспособность, пополненная 2 свежими корпусами и вынудившая немцев повернуть часть сил против нее. На фронте 1-й армии они также получили сильный отпор. Завязались упорные бои за г. Гольдап, где находился узел дорог. Германским войскам удалось овладеть им, но 11.9 после 100-километрового марша подоспел 20-й корпус ген. Булгакова, с ходу контратаковал и отбросил 1-й германский корпус Франсуа. В результате этих боев Рененкампфу удалось благополучно отвести свои войска из намечаемого мешка.
14.9 немцы попытались изменить направление и обрушили удар на 2-ю армию Шейдемана. Но и тут были отражены. А тем временем Австро-Венгрия потерпела катастрофу, войска Юго-Западного фронта выходили на подступы к Силезии, и германская Ставка потребовала от Гинденбурга спасать положение. Поэтому 15.9 опять последовали атаки против 1-й и 2-й армий, но уже не преследующие решительных целей, а чисто демонстративные. Ряд соединений отводился в тыл для переброски на помощь австрийцам. А остающимся было приказано атаковать, чтобы замаскировать отвод. В ходе операции русские войска понесли существенные потери — главным образом, за счет второочередных дивизий, сформированных из запасников. Но и германская сторона претерпела очень большой урон, а решить поставленную задачу не смогла. В это время произошла замена главнокомандующего Северо-Западным фронтом. Вместо снятого Жилинского был назначен Рузский. Он умел себя преподнести, и его сочли главным героем побед в Галиции — хотя эти победы обеспечили успехи Брусилова и Плеве. Рузский повел себя чрезвычайно осторожно, рисковать обретенной славой не хотел. К тому же новое наступление в Пруссии не диктовалось стратегическими соображениями, цель сорвать план Шлиффена была выполнена. И Рузский приказал армиям отойти, 1-й за Неман, а 2-й за Нарев. На этих рубежах они и закрепились. Кроме того, сюда перебрасывались 5 корпусов из Туркестана, Сибири, с Кавказа, и для для будущих операций в районе Августова стала формироваться новая, 10-я армия под командованием ген. Сиверса.
Тем временем отступление австро-венгерских армий в Галиции принимало все более беспорядочный характер. Откатывались уже без боев, бросая пушки, обозы, оружие, сдаваясь в плен. Правда, окружить и уничтожить их не удалось. Сказывалась и усталость русских войск, и недостаток дорог. Например, Брусилов докладывал Иванову, что в полосе его армии можно было выделить каждому корпусу только одну дорогу, и на ней получалась «кишка» из войск и обозов в 60 верст. Поэтому преследование сводилось, в основном, к занятию районов, оставляемых противником. Австрийское командование наметило стабилизировать фронт по естественным рубежам. Армии отводились к Карпатам и за р. Сан, где их могла поддержать мощная крепость Перемышль, а левый фланг прикрывался полноводной Вислой.
Но и на Сане австрийцы не удержались. При форсировании этой реки отличилась Петровская бригада Гвардейского корпуса из Преображенского и Семеновского полков. 15.9, выйдя на берег, они увидели за Саном железнодорожный узел, забитый эшелонами. Но мост прикрывался сильными укреплениями. С ходу, чтобы овладеть станцией со скопившимися там грузами, был нанесен удар вдоль реки, под основание предмостного плацдарма. Австрийцы, оборонявшие его, не выдержали, опасаясь, что их отрежут от переправы, и стали отступать. Но мост успели зажечь. 2-й батальон семеновцев ринулся в огонь, по горящему мосту проскочил реку, и станция была захвачена. Одним из офицеров, возглавивших эту атаку и награжденных за нее, был подпоручик М.Н. Тухачевский, будущий "красный маршал". А в Преображенском полку в том же бою выделился своей доблестью и тоже заслужил награду командир роты штабс-капитан А.П. Кутепов — будущий лидер Белого Движения.
А 5-я кавалерийская дивизия Скоропадского, будущего гетмана Украины, повела наступление на Сандомир. Были захвачены переправы через Вислу, пехота штурмовала город, но построенной вокруг него системы обороны одолеть не смогла. Тогда в атаку пошел спешенный 5-й Каргопольский драгунский полк, ворвался в окопы, захватил 6 орудий. И австрийцы начали отходить, Сандомир был взят. На других участках под ударами частей 5-й армии пал г. Ярослав, а 8-я взяла Самбор. И австрийцы, оставив в Перемышле большой гарнизон, стали откатываться еще на 100 км западнее, за р. Дунаец. А казачью дивизию Павлова Брусилов направил в Карпаты, к г. Турка, чтобы перехватить шоссе на перевале, и отдельные отряды донских казаков проникали уже на Венгерскую равнину, наводя панику. Однако и возможности русских войск были на пределе. Части понесли потери, были истощены. Сказывалась и разная ширина железнодорожной колеи в России и на чужой территории, от границы грузы приходилось везти другим транспортом, а обозы тащились кое-как, застревая в пробках, тылы расстроились, и подвоз снабжения нарушился. И по докладам командармов о необходимости передышки Иванов 21.9 распорядился прекратить преследование.
