Ukryte dotychczas w nadgranicznych lasach oddziały Wehrmachtu, przekroczyły rzekę Orzyc i ruszyły na południe.
Przewidywany kontratak 8 DP, na skutek częstego zmieniania rozkazów, nastąpił dopiero w godzinach popołudniowych 3 września w dwóch rozbieżnych kierunkach: na Przasnysz i na Grudusk; źle przygotowany i nieskoordynowany, wykonywany rozdrobnionymi siłami, przy zetknięciu z silniejszym nieprzyjacielem załamał się. Oddziały 8 DP zostały ogarnięte paniką, spotęgowaną działaniami niemieckich grup dywersyjnych i oddziałów pancernych na tyłach, rozpoczynając żywiołowy odwrót.
W takiej sytuacji wobec groźby całkowitego okrążenia i zniszczenia 20 DP na pozycji mławskiej, dowódca Armii „Modlin” wydał w nocy z 3 na 4 września spóźniony rozkaz opuszczenia linii obronnych i odwrotu na Warszawę. 4 września lotnictwo niemieckie rozbiło znaczną część sił 20 DP. Jednakże już po dniu względnego wypoczynku, za jaki można uznać intensywny marsz, zwarte oddziały dywizji odzyskały gotowość bojową i zupełnie dobre morale. Znacznie uszczuplone oddziały dywizji weszły w skład GO gen. Władysława Andersa, z którą wycofywały się na południe.