Przez trzy dni Polacy bohatersko walczyli z wojskami rosyjskimi, udało im się zapobiec przerwaniu linii frontu, ale ponieśli przy tym ogromną ofiarę – ponad dwa tysiące zabitych i rannych. Był to najbardziej krwawy bój Polskich Legionów podczas I wojny światowej. 

Ogień artylerii, z nieznaną nam dotąd potęgą szalejący na naszych okopach, masowe ataki nieprzyjaciela, przebijanie się bagnetem przez piechotę wroga, masowe również szarże kawalerii rosyjskiej, wreszcie odwrót w nadzwyczajnie ciężkich warunkach – oto, cośmy przeszli w ciągu kilku dni. (…) Schodziliśmy zawsze ostatni z pola walki – napisał Piłsudski w rozkazie wydanym kilka dni po bitwie. 

Pod naporem armii rosyjskiej wojska austro-węgierskie wpadły w panikę i rzuciły się do ucieczki. Pozbawieni artylerii i łączności Polacy powstrzymali trzykrotnie przeważające siły wroga. Najcięższe walki stoczyła I Brygada Legionów pod dowództwem Józefa Piłsudskiego, a w jej 5 Pułku Piechoty poległa połowa żołnierzy. Choć na koniec musiano się wycofać to dzięki Legionom udało się utrzymać linię frontu, co miało dalekosiężne skutki. Władze austriackie uznały  Kostiuchnówkę za sukces strategiczny. Dzięki tej bitwie  inicjatywa wojenna przeszła w ręce państw centralnych.