Zostały one jednak zatrzymane przez oddziały polskiej 18 Dywizji Piechoty i pod Płońsk nie dotarły.

Dzięki przechwyconej radiodepeszy, dowództwo polskie wiedziało o marszu dwóch dywizji na Płońsk. Utrata miasta wiązała się oskrzydleniem całej walczącej nad Wkrą 5 Armii i niosłaby za sobą nieobliczalne konsekwencje w skali całego frontu.

W tej sytuacji na dowódcę obrony Płońska wyznaczony został płk Gustaw Orlicz-Dreszer, a stanowiące dotychczas załogę Płońska szwadrony zapasowe 4. i 7 pułku ułanów zostały wsparte nowo sformowanymi II i III batalionem 4 pułku piechoty, szwadronem 2 pułku ułanów, oraz batalionem morskim. Wizytując, wspólnie z mjr. Stanisławem Rostworowskim, linie obronne wokół tego miasta, gen. Sikorski nakazał przyśpieszyć marsz do Płońska 9 Brygady Jazdy i koncentrującej się pod Modlinem VIII Brygady Piechoty. Do obrony miasta ściągnięto 1 pułk szwoleżerów i 201 ochotniczy pułk szwoleżerów.

Wieczorem 16 sierpnia pod miasto podeszła sowiecka 52 Brygada Strzelców. Uderzyła ona na prowizorycznie zorganizowaną na wzgórzach na zachód od miasta polską obronę i przełamała ją. Jeden z obrońców miasta, Tadeusz Machalski, pisze:

W tym czasie nadciągające 1.