Однако эти действия не могли отсрочить неизбежную перспективу главного наступления на Пшебраже. Как отмечает Юзеф Собесяк, это был слишком крупный польский центр в регионе, чтобы можно было преуменьшить его значение, и в то же время слишком сильный, чтобы пытаться захватить его с помощью небольших сил вооружённых формирований. Поэтому начали стягивать в этот район отряды УПА из более отдалённых местностей, а также призывать в их ряды украинское гражданское население, заманивая оное рассказами о якобы накопленных в Пшебраже богатствах.
План националистов предусматривал сосредоточение максимальных сил в районе, концентрированное наступление с трёх сторон, отрезание оборонительных групп друг от друга, их ликвидацию по очереди и изгнание населения в направлении Киверцов, где его должны были перехватить немцы, арестовать и вывезти на принудительные работы в Третий рейх. По мнению Собесяка, бойцы УПА рассчитывали на поддержку со стороны Вермахта и СС, что, однако, представляется довольно маловероятным, поскольку, во-первых, немцы сосредоточились прежде всего на отчаянных попытках удержать позиции на Восточном фронте, а во-вторых, их отношения с украинскими националистами уже тогда были далеки от нормальных. Перед лицом приближающегося наступления на Пшебраже, Цибульский был вновь вынужден установить контакт с советскими партизанами. Рядом уже не было ранее дислоцировавшегося отряда полковника Дмитрия Медведева, но в самом конце июля в окрестностях Пшебраже появился другой отряд под командованием Николая Прокопюка.
Тогда же, после нескольких дней относительного затишья, стали всё чаще происходить спорадические перестрелки между поляками и уповцами. 30 июля за пределами деревни произошло крупное сражение. В этот период Пшебраже было уже единственным крупным центром самообороны на Волыни после падения Гуты Степанской (её разгром был связан с отступлением польско-советского отряда партизан Юзефа Собесяка, о чём, впрочем, он не упоминает в своей книге). Патруль, отправленный Цыбульским, подтвердил, что этот центр самообороны был разгромлен. Лидер Пшебраже скрыл этот факт от населения, чтобы не вызвать панику. Однако весть разнеслась и вызвала волнение.
Часть людей считала, что лучше сдаться немцам и быть вывезенным на принудительные работы, чем погибнуть от рук украинских националистов. И снова только харизма и дипломатические навыки Цыбульского привели к тому, что в конечном итоге никто не покинул Пшебраже.
В течение всего августа велись последние приготовления, направленные на организацию наилучшей обороны. Разведчики докладывали о серьёзных передвижениях противника и сосредоточении невиданных до сих пор сил в окрестностях Пшебраже. Атака началась 30 августа ранним утром.420
Это был массированный штурм с юга объединённых украинских сил (в том числе четырёх колонн львовского группирования), прикрываемый артиллерийским огнём. В целом нападавшие атаковали силами около 12 тысяч421 вооруженных человек. В распоряжении Пшебраже было не более 2 тысяч защитников, причём самые молодые из них не имели огнестрельного оружия, а лишь вилы, пики, копья и другие подобные орудия. Превосходство отрядов УПА составляло, таким образом, как минимум шестикратное. В этой ситуации Цибульский немедленно послал за помощью к партизанам Прокопюка.
Лидер партизан, дислоцировавшихся в лесу в тылу украинских войск, согласился в нужный момент включиться в операцию. Тем временем кольцо вокруг Пшебраже начинало сжиматься. После артиллерийского обстрела последовало наступление с юга и востока. Однако ошибкой нападающих было то, что не было проведено одновременное наступление со всех сторон, что позволяло защитникам перегруппировать силы. По всей видимости, украинцы намеревались применить тактику длительной осады.
Ожесточённые бои, однако, вероятно, закончились бы победой УПА, если бы не тактические решения, принятые Цыбульским. Первым шагом стало обращение с просьбой о помощи к Прокопюку, вторым — подготовка отряда численностью 120 человек, подкреплённого 20-ю всадниками разведки, которые пробрались через болота и таким образом оказались в тылу нападающих. Атака советских партизан, вооружённых тяжёлыми пулемётами, полностью застала уповцев врасплох. Участники обороны Пшебраже вспоминают в фильме Сикорского, что «украинцы гибли целыми рядами», что «пало очень много из них». Сам Цибульский пишет об их «ужасном поражении». Применённая тактика внезапного нападения разорвала осаду и заставила остальные отряды нападающих отступить. В решающем сражении, помимо защитников Пшебраже, принимали участие не только советские партизаны (в количестве 250 человек), но и отряд Армии Крайовой в 100 человек под командованием Яна «Дрзаги» Рерутко, составлявший резервные силы Пшебраже.