Pozostali w niej Niemcy zajęli pozycje obronne, gdyż cel walki został zrealizowany – brzeski węzeł kolejowy został uruchomiony, a zablokowani wewnątrz twierdzy żołnierze Armii Czerwonej nie byli w stanie zagrozić niemieckim liniom komunikacyjnym.
Obrona Pod wieczór 24 czerwca, Niemcy zajęli umocnienia Wołyńskie i Terespolskie, wypierając stamtąd Armię Czerwoną, która broniła się już tylko w Umocnieniu Kobryńskim i cytadeli. Dopiero wówczas Armii Czerwonej udało się skoordynować swoje działania – odbyła się narada oficerów. W jej trakcie kapitan Iwan Zubaczow wystąpił przeciw koncepcji opuszczenia twierdzy, optując za dalszą obroną, w celu niedopuszczenia do sytuacji, że w razie radzieckiej kontrofensywy twierdzę trzeba będzie odbijać z rąk Niemców. Jego argumenty zostały przyjęte, dokonano więc reorganizacji obrony i powołano sztab, z wybranym na dowódcę obrony Zubaczowem na czele. Do pomocy przydzielono mu komisarza politycznego Jefima Fomina.
26 czerwca zorganizowano jednak próbę wymknięcia się z okrążenia poprzez przebicie się z Umocnienia Kobryńskiego. Próba okazała się całkowicie nieudana – z grupy dokonującej tej próby uszło z życiem jedynie 13 żołnierzy, z których wszyscy dostali się do niewoli.