雖說羅科索夫斯基給潘菲洛夫奪取施托爾普的期限是一晝夜，但潘菲洛夫的心裏很明白，自己的坦克軍剛剛行進了幾十公裏，如果直接投入戰鬥的話，勢必有相當數量的坦克會在行進中拋錨，因此他把進攻時間調整為白天，而部隊在夜間則抓緊時間對坦克進行檢修維護，確保能在戰鬥中發揮最優良的性能。
天亮之後，第19集團軍的部隊再次向施托爾普發起了進攻。擔任攻擊任務的是步兵第104師，數千名指戰員排成鬆散的進攻隊形，在齊腰深的積水裏艱難前進。在隊列的中間，不時可以看到幾隻載著火炮或者重機槍的平底船，在戰士們的牽引下，朝著水域的另外一端緩慢地移動。
遭受炮擊的德軍，發現蘇軍又開始了大舉進攻，便冒著猛烈的炮火進入了射擊位置，用迫擊炮，朝著正在水域移動的蘇軍開火。炮彈落在水裏，掀起一根根水柱，將蘇軍的隊列炸出一個個缺口。但正在水中行進的蘇軍，卻絲毫沒有受到什麼影響，前麵的倒下了，後麵的戰士立即加快腳步上前，填補被炸出來的缺口。
潘菲洛夫見城南的戰鬥打響之後，果斷地向自己的部隊下達了出擊的命令。隨著命令的下達，近衛坦克第3旅向城北，近衛坦克第18旅向城西方向，同時發起了進攻。
部隊出擊後，潘菲洛夫的心裏還多少有些擔心，深怕在沿途會遭到了德軍反坦克手的阻擊。誰知德軍的注意力都被城南方向進攻的蘇軍所吸引，根本沒有察覺有兩支坦克部隊，正快速地衝向城北和城西方向。
別看坦克軍的出擊距離，是步兵的幾倍，但坦克在寬闊的平原上，卻可以將速度提高到極致。不到十分鍾，近衛坦克第3旅的坦克，就率先突破了德軍在城外的防禦陣地，衝入了城中。
看到一輛又一輛的蘇軍坦克，撞塌了路口由沙袋和木頭組成的防禦工事，沿著街道快速地朝前衝時，城裏的軍民都驚呆了。等他們回過神之後，除了少數的士兵躲在路邊的車輛或障礙物後，朝蘇軍的坦克進行徒勞的射擊外，其餘的人都發一聲喊，四散逃竄了。
正在行進中的蘇軍坦克，絲毫沒有理睬這些在街邊射擊的德軍士兵，而是繼續沿著街道，朝市中心衝去。對他們來說，隻要將紅旗插上市中心的大樓頂部，就意味著城市已經被坦克軍的部隊占領了。
近衛坦克第3旅的坦克在衝入城市後不久，從城西方向發起進攻的第18旅也成功地衝進了城中，坦克兵們用機槍掃射街道上四處亂跑的德國兵，用坦克炮摧毀那些負隅頑抗的德軍火力點。在他們發現前麵已經沒有什麼障礙之後，便加快速度朝著市中心衝去。
兩個坦克旅在市政大廳前的廣場上彙合，然後集中力量向德軍的司令部發起了進攻。德軍在司令部外麵的街道上，布置有反坦克炮兵陣地，樓頂還有若幹個機槍火力點。看到蘇軍的坦克衝過來，反坦克炮和樓頂的機槍同時開火，試圖阻止蘇軍的坦克接近大樓。
一輛衝在最前麵的坦克，不幸被德軍的反坦克炮擊中，立即冒出了滾滾黑煙。幾名坦克手剛從坦克裏逃出，就立即被樓頂的機槍亂槍打死。
看到自己的戰友倒在了德軍的機槍火力下，其餘的坦克兵憤怒了，他們調轉炮口，麵對建築物外的反坦克炮陣地開火。一輪炮火覆蓋之後，德軍的反坦克炮陣地變成了幾個大坑，坑裏是被炸碎的火炮零件，以及炮兵的殘肢斷腿。
坦克兵們摧毀德軍的反坦克炮之後，由於仰角不夠，無法攻擊樓頂的德軍機槍火力，於是他們便將炮口對準了那一個個的窗口，轟擊躲在窗後射擊的德國兵。
得知司令部遭到蘇軍的攻擊，立即有幾支德軍部隊從不同的方向趕來救援。誰知他們剛出現在蘇軍的視野裏，就遭到了坦克炮和機槍的掃射，頓時傷亡慘重。帶隊的德軍指揮官見勢不妙，連忙帶著自己的部隊逃之夭夭。
德軍司令官見自己的司令部遭到了蘇軍的坦克圍攻，知道再抵抗下去，也沒有任何意義，便立即命令樓內的守軍停止抵擋，並打出了白旗。
得知德軍的指揮部被端掉了，潘菲洛夫立即乘車從城西進入了城內。在見到德軍司令官之後，他讓翻譯告訴對方：“繼續抵抗已經沒有任何意義，立即命令還在作戰的部隊停止戰鬥，以減少不必要的傷亡。”