К 7:00 22 июня 42-я и 6-я стрелковые дивизии покинули крепость и город Брест, однако множеству военнослужащих этих дивизий так и не удалось выбраться из крепости. Именно они и продолжали сражаться в ней. По оценкам историка Р. Алиева, из крепости вышло около 8 тысяч человек, а осталось в ней около 5 тысяч По другим данным, на 22 июня в крепости находилось лишь от 3 до 4 тысяч человек, так как часть личного состава обоих дивизий была вне крепости — в летних лагерях, на учениях, на строительстве Брестского укрепрайона (сапёрные батальоны, инженерный полк, по одному батальону от каждого стрелкового полка и по дивизиону от артиллерийских полков).
Из боевого отчета о действиях 6-й стрелковой дивизии:
«В 4 часа утра 22 июня был открыт ураганный огонь по казармам, по выходам из казарм в центральной части крепости, по мостам и входным воротам и домам начальствующего состава. Этот налет внес замешательство и вызвал панику среди красноармейского состава. Командный состав, подвергшийся в своих квартирах нападению, был частично уничтожен. Уцелевшие командиры не могли проникнуть в казармы из-за сильного заградительного огня, поставленного на мосту в центральной части крепости и у входных ворот. В результате красноармейцы и младшие командиры без управления со стороны средних командиров, одетые и раздетые, группами и поодиночке, выходили из крепости, преодолевая обводный канал, реку Мухавец и вал крепости под артиллерийским, миномётным и пулемётным огнём. Потери учесть не было возможности, так как разрозненные части 6-й дивизии смешались с разрозненными частями 42-й дивизии, а на сборное место многие не могли попасть потому, что примерно в 6 часов по нему уже был сосредоточён артиллерийский огонь.»
К 9 часам утра крепость была окружена. В течение дня немцы были вынуждены ввести в бой резерв 45-й пехотной дивизии (135пп/2), а также 130-й пехотный полк, первоначально являвшийся резервом корпуса, таким образом доведя группировку штурмующих до двух полков.
По рассказу австрийского рядового СС Хайнца Генрика Гарри Вальтера:
«Русские не оказали сильного сопротивления, в первые дни войны мы взяли крепость под свой контроль, но русские не сдавались и продолжали вести оборону. Наша задача была захватить весь СССР к январю-февралю 1942. Но всё-таки крепость держалась непонятно за счёт чего. Я получил ранение в перестрелке в ночь с 28 на 29 июня 1941 года. Мы выиграли перестрелку, но я не помню, что там было. Захватив крепость, мы устроили пир в городе «
В ночь на 23 июня, отведя войска на внешние валы крепости, немцы начали артобстрел, в перерывах предлагая гарнизону сдаться. Сдалось около 1900 человек. Тем не менее, 23 июня остававшимся защитникам крепости удалось, выбив немцев из примыкающего к Брестским воротам участка кольцевой казармы, объединить два наиболее мощных из остававшихся на Цитадели очагов сопротивления — боевую группу 455-го стрелкового полка, возглавляемую лейтенантом Виноградовым и капитаном И. Н. Зубачёвым, и боевую группу так называемого «Дома офицеров» (подразделениями, сосредоточившимися здесь для намечаемой попытки прорыва, руководили полковой комиссар Е. М. Фомин, старший лейтенант Щербаков и рядовой Шугуров (ответственный секретарь комсомольского бюро 75-го отдельного разведывательного батальона.