Потеряв связь с Ф. В. Сиверсом, командир корпуса по-прежнему последовательно старался выполнить одно из последних распоряжений командующего армией – спасти парки и обозы, в которых уже не было ни боеприпасов, ни продовольствия. В семь часов вечера 7 (20) февраля по результатам совещания П. И. Булгаковым был издан последний приказ по корпусу: в полночь с 7 на 8 (с 20 на 21) февраля занять исходные позиции для прорыва на Гродно – за главными силами должны были двигаться артиллерия, парки, патронные двуколки, лазаретные линейки и походные кухни, только остальные повозки разрешалось бросить в лесу. Составление приказа и копирование его начальниками штабов дивизий закончилось уже в сумерки. Окруженные части получили этот приказ в два часа ночи 8 (21) февраля. К этому времени корпус находился уже в тесном окружении, его арьергард был отрезан от основных сил. Войскам было приказано при движении соблюдать полную тишину, при встрече с противником атаковать молча, без криков "ура", без выстрелов, командиры должны были попытаться довести бой до штыкового удара – сказывался недостаток боеприпасов.
Для прикрытия был сформирован арьергард под командованием полковника В. Н. фон Дрейера. Ему пришлось начать формировать его практически самостоятельно, собирая отдельные роты и группы солдат. К вечеру удалось собрать 16 рот слабого состава, принадлежавших самым разным полкам корпуса. Арьергарду, кроме того, были приданы 53-я артиллерийская бригада и 20-й мортирный дивизион. Боеспособность сохраняли преимущественно прикрывающие и атакующие части, которые вели бой, постепенно перетекавший в их уничтожение. Пехота шла в штыковые атаки и буквально выкашивалась пулеметами. Артиллерия при попытке выехать на открытые позиции для поддержки этих атак сразу же попадала под прицельный огонь немецких батарей. Центральные колонны постепенно перемешивались с обозами, парками, артиллерией, пленными, теряли организацию и таким образом превращались в слабо контролируемые толпы.
Гродненское направление германское командование считало потенциально опасным, поскольку немецкие войска фактически стояли тылом к русской крепости. Не без оснований противник ожидал, что Ф. В. Сиверс попытается помочь отсюда окруженным. Здесь были сосредоточены ланд-верная дивизия, резервная бригада, а затем, по мере того как бои уходили в глубь леса, еще одна пехотная дивизия. Германское командование вполне осознавало, в каком тяжелом положении окажутся его солдаты в случае, если прорыв окруженных совпадет с вылазкой из Гродно, однако оно решило пойти на риск. То, чего так опасался штаб П. фон Гинденбурга, так и не произошло. Штаб 10-й армии, поняв, наконец, размеры происходящего, стал перебрасывать 2-й корпус под Гродно в помощь 15-му. К 8 (21) февраля 2-й армейский корпус должен был пешим путем подойти от Белостока, а 15-й – занять позиции на фортах крепости. Корпуса по-прежнему считались находящимися в резерве Ставки и использовать их вне линии обороны Гродно без санкции Верховного главнокомандующего Ф. В. Сиверс не решился, во всяком случае вовремя.
Кольцо окружения вокруг отступавших русских войск сжималось. "Наше расположение на правом берегу р. Волкуша у фольв[арка] Млынек, – вспоминал генерал И. А. Хольмсен, – привлекало на себя сосредоточенный огонь 6 тяжелых и 5 легких гаубичных германских батарей с Голынки и Старожнице. Они стреляли, очевидно, по карте, ибо у самого Млынека стало почти невыносимо. К счастью, мы успели до утра перевести артиллерию. У самого фольварка на левом берегу пострадали, главным образом, там оказавшиеся парки и обозы. Но по мере подхода немцы корректировали свой огонь, и наши батареи и пехота начали сильно страдать от огня тяжелой артиллерии, который сосредоточился на площади примерно в квадратную версту нашего расположения. Пехота начала отходить, неся громадные потери, и вскоре она была низведена лишь до слабого прикрытия наших батарей. Общего управления не было. Войска были до такой степени перемешаны, что старшие начальники мало смогли влиять на ход событий в лесу. Патроны были совсем на исходе, как в пехоте, так и в артиллерии. Лесные дороги до того были забиты повозками разного рода, что привозить патроны из парковых повозок стало невозможным. По мере прекращения огня панорамы и замки, а где можно было, и сами орудия бросались в реку. Лошади расстреливались из револьверов, чтобы не увеличить добычи врага. Агония обороны шла медленно, но верно".
В результате кровопролитных боев основная колонна отступавших после неоднократных попыток прорваться под огнем противника понесла потери до 7 тыс. человек убитыми. В 10 часов утра 8 (21) февраля 1915 г. остатки основной колонны были вынуждены сложить оружие. В плен попал командир корпуса генерал П. И. Булгаков вместе со своим штабом. Отдав пленным офицерам корпуса честь, командовавший немецкими войсками генерал сказал: "Все возможное в человеческих руках вы, господа, сделали: ведь, несмотря на то что вы были окружены (руками он показал полный охват), вы все-таки ринулись в атаку, навстречу смерти! Преклоняюсь, господа русские, перед вашим мужеством!".
Вечером 7 (20) февраля в штаб 10-й армии явился раненый боец с известием от командира 20-го корпуса. Это был 13-летний Михаил Власов, сирота, принятый на службу в 212-й Романовский полк добровольцем. Переодетый в крестьянское платье, он накануне был отправлен П. И. Булгаковым с просьбой об оказании помощи при прорыве из окружения. Для штаба армии известие о том, что окруженные находятся в непосредственной близости от Гродно, было совершенно неожиданным, и мальчику поначалу не поверили. В штабе Ф. В. Сиверса 20-й корпус считали уже погибшим, так как со 2 (15) февраля не имели с ним связи и уже несколько дней – никакой информации о нем. Густой туман, стоявший в это время, не позволил нескольким русским самолетам подняться в воздух.
В Ставке уже с 6 (19) февраля корпус также считался погибшим. 7 (20) февраля Н. Н. Янушкевич сообщал В. А. Сухомлинову: "XX к., очевидно, погиб, хотя и в бою. III Сиб. вышел цел по единицам, но сильно потрепанный. XXVI – хуже. От XX – кое-что из обозов и артиллерии". После расспросов в штабе армии убедились в правдивости слов посланника командира корпуса и решили попытаться помочь окруженным. Связи с ними по-прежнему не было, и поэтому скоординировать удар не удалось. Имевшийся в Гродно 2-й армейский корпус был уже практически полностью разбросан по фортам, из его состава смогли выделить только несколько полков. Из состава прибывающего 15-го армейского корпуса было выделено три полка с 36 орудиями, которые должны были наступать по Сопоцкинской дороге.
В крепость уже подходили части 26-й пехотной дивизии, переброшенной сюда через Варшаву из-под Бзуры. Фактически это была попытка перейти в наступление из Гродно силами 15-го армейского корпуса до прихода его основной части. Пехота была плохо подготовлена к действиям, ее командиры слабо ориентировались на незнакомой местности. За три месяца усиленной подготовки восстановленные после поражения в Восточной Пруссии части были неплохо обучены по стандартам мирного времени, но этого было явно недостаточно. Не только солдатский состав, но и практически полностью офицерский не имел боевого опыта. Теперь это не замедлило сказаться. Наступавшие шли в плотных рядах, стреляя стоя, атака не была подготовлена артиллерией. Немцы подпускали атакующих на 200 шагов, после чего открывали интенсивный ружейно-пулеметный и пушечный огонь. Атаки легко отражались с большими потерями для наступавших, тем более что существенной артиллерийской поддержки они так и не получили. Немцы насчитали около 8 тыс. убитых у своих окопов.
Это была героическая, но явно бессмысленная трата сил, а организовать наступление удалось только в 10 часов утра 8 (21) февраля, когда с основными силами 20-го корпуса было уже покончено. В два часа дня погиб остаток корпуса – его арьергард. Поскольку занимаемые им позиции с утра расстреливались со всех сторон, В. Н. фон Дрейер отпустил пленных немцев и возглавил сопротивление оставшихся в строю. Погибли почти все, но несколько человек во главе с командиром арьергарда прорвались через линии противника и через две с половиной недели вышли через леса к позициям 2-го корпуса. Поражение попытались скрыть, во всяком случае его реальные размеры. 8 (21) февраля "Русский инвалид" опроверг немецкую информацию от 13 февраля о пленении в Восточной Пруссии 26 тыс. русских солдат и офицеров. Она была прокомментирована следующим образом: "Беззастенчивость германцев удивительна".