Ночью советские сапёры проделали проходы в минных заграждениях и утром в город на полном ходу ворвались танки с десантом на броне 30-й гвардейской и 1-й краснознамённой бригад. В центре города вели бой бойцы 90-й стрелковой дивизии, а сам город был охвачен с флангов частями 314-й и 372-й стрелковых дивизий. Части финской 20-й пехотной бригады и отдельная бронерота самоходных орудий БТ-42 некоторое время оказывали сопротивление, но во второй половине дня командир финской 20-й пехотной бригады полковник А. Кемппи приказал спустить флаг над Выборгской крепостью и начать отступление. Преследуя отступающего противника, советские войска к концу дня полностью овладели городом.
Потери 20-й пехотной бригады в боях за Выборг были относительно невелики — 162 убитыми и пропавшими без вести и более 400 человек ранеными из 5133 солдат и офицеров личного состава. Однако натиск советских войск подорвал боевой дух солдат и офицеров бригады, что привело к беспорядочному отступлению переходящему в бегство. 22 июня полковник А. Кемпии был арестован и отдан под суд военного трибунала, а новый командир бригады полковник Ю. Сора для восстановления порядка был вынужден отдать приказ расстреливать на месте дезертиров, трусов и нарушителей воинской дисциплины.
В своих мемуарах главнокомандующий финской армией маршал К. Г. Маннергейм так оценил значение этого события:
20 июня 21-я армия противника перешла в наступление в полосе Выборг-Вуокси и добилась значительных успехов. Выборг пал после непродолжительного боя, который по силе нельзя было сравнить с боями за этот старинный город в последние дни Зимней войны. Падение Выборга было горьким ударом для боевого духа войск и одновременно означало потерю прочного опорного пункта, который должен был бы связать упорной обороной значительные силы противника.