Rano 15 września lotnictwo niemieckie zbombardowało cytadelę, do szturmów na cytadelę przygotowano grupy uderzeniowe oblegających niemieckich dywizji. Pod osłoną ostrzału niemieckiej artylerii: od północy wzdłuż Bugu atakowała grupa bojowa 20 DPZmot., od północnego wschodu wzdłuż szosy Kamieniec Litewski-Brześć atakowała grupa bojowa z czołgami z 10 DPanc., ze wschodu przez miasto i od południa atakowały wydzielone oddziały 3 DPanc. Szturm został powstrzymany i odparty na wałach fortecznych. Kolejne natarcia piechoty wspartej czołgami i artylerią również odparto. Szczególnie duże straty zadawały stanowiska broni maszynowej na wałach i strzelające na wprost armaty polowe i przeciwlotnicze. Po odparciu szturmów niemieckich, do godz. 19.00 trwał ostrzał wykrytych celów i całego obiektu cytadeli przez niemieckie moździerze i artylerię. Straty niemieckie wynosiły ok. 10 unieruchomionych czołgów, straty własne ok. 100 zabitych i rannych. 16 września o świcie nasilił się ostrzał artylerii niemieckiej na cytadelę, strzelało 10 baterii niemieckich. Ok. godz. 10.00, po przygotowaniu artyleryjskim natarcia, do szturmu na cytadelę wyruszyły dwie taktyczne batalionowe grupy bojowe z 69 i 76 pp zmot. Jedna z nich atakowała bezpośrednio Bramę Brzeską, druga wzdłuż rzeki Muchawiec i torów kolejowych wiodących do cytadeli.