Sztab 3. Armii Dymitriewa w Jaśle zastanawiał się teraz gdzie spadnie następny cios. Sytuacja jego armii była nie do pozazdroszczenia. Brakowało odwodów, które mogłyby załatać wyrwę powstałą 2 V w linii frontu. Jednak, co najważniejsze – Dymitriew utrącił inicjatywę bojową! Wielkim błędem popełnionym przez dowództwo była próba odbicia utraconych stanowisk. Odrzucono projekt wycofania 3. Armii za San, utrzymania tylko wschodniej Galicji i oczekiwania na atak Włoch na Austro-Węgry. Naczelny wódz wojsk rosyjskich, Książę Mikołaj Mikołajewicz, polecił Dymitriewowi bronić się na drugiej linii i oczekiwać na posiłki. Tymi wzmocnieniem miał być kaukaski III Korpus, przerzucony pod Gorlice przez dowódcę frontu gen. Iwanowa[22].
Natomiast w sztabie sił sprzymierzonych atmosfera była tego wieczora znacznie lepsza. Zachęcone sukcesem odniesionym pierwszego dnia AOK nie zwolniło tempa. Późnym wieczorem gen. Mackensen wydał rozkaz na dzień 3 V. Postanowił wzmocnić prawe skrzydło swej armii i kontynuować natarcie. Atak miał być skierowany na Duklę, aby odciąć dywizje rosyjskie stojące na przełęczach karpackich i w Górnych Węgrzech. Szczególne zadanie operacyjne dowództwo powierzyło X Korpusowi kombinowanemu, wspartemu przez niemiecką 20. DP i węgierską 11. DK, które pozostawały dotąd w odwodzie. Dowództwo akcji uderzeniowej otrzymał gen. Otto von Emmich. Dodatkowo wzmocniono pozycje niemieckiej gwardii, zasilając je żołnierzami 19. DP. Uderzenie znowu miało objąć całą linię frontu i przełamać rosyjską drugą linię obrony. Celem było też rozbicie jednostek wroga i nie dopuszczenie do zajęcia przez nie kolejnych pozycji.
3 V 1915 roku zmieniła się pogoda. Poniedziałek był deszczowy i chłodny. Mimo niesprzyjającej aury, ok. godziny 7. Emmich wydał rozkaz ataku. Jednak działania przygotowawcze przeciągały się przez gęste dymy płonącej rafinerii, które utrudniały dowodzenie. Pierwsza ruszyła do walki 119. DP, natomiast 11. DP zwlekała do południa. Jednak oba zgrupowania bez większych strat własnych zajęły pozycje wroga i wieczorem stanęły na przedpolach Biecza, w rejonie wsi Lipinki i Libusza. Ich natarcie wyparło również wroga z miejscowości Męcina Wielka, co otwierało drogę do innego ważnego punktu obrony – Żmigrodu! Niemiecki XLI Korpus również wypełnił swe zadanie, choć okupił to poważnymi tratami. Dzięki wielokrotnie powtarzanemu ostrzałowi artyleryjskiemu zdołał zdobyć wzgórze Wilczak. Późną nocą awangarda XLI Korpusu stanęła pod Bieczem[23]. Najtrudniejsze zadanie czekało na austrowęgierski VI Korpus gen. Arza, kontynuujący natarcie w centrum. Ich wrogiem były tu odwody rosyjskie, które za wszelką cenę miały utrzymać drugą linię. Rozpoczęte o godzinie 6:00 walki kosztowały życie wielu żołnierzy. Żołnierze carscy bronili się bardzo dzielnie. Powtarzane przez cały dzień próby szturmu na okopy wroga nie przyniosły spodziewanego rezultatu. Dopiero po godzinie 19 Węgrzy z 39. Dywizji Honvědu zdołali zepchnąć nieprzyjaciela z umocnionej pozycji nieopodal wsi Rozenbark (dziś Rożnowice) i przełamać ich obronę. Ok. godziny 22 Węgrzy zdobyli Racławice i podeszli pod Biecz od zachodu. Pomiędzy Niemcami a Węgrami znalazła się krakowska 12. DP, która zdobyła wzgórze Krzemienny Dział i również zbliżyła się do tego miasta. Inny los spotkał dywizje gwardii. One również rozpoczęły natarcie ok. 6 rano, początkowo nie napotykając żadnego oporu. Jednak w godzinach popołudniowych przyszło gwardzistom bronić się przed kontratakiem piechoty rosyjskiej, która za wszelką cenę zamierzała opóźnić szturm Niemców. Rzeczywiście, natarcie korpusu zostało na kilka godzin zatrzymane. Jednak wieczorem znów ruszyło, przełamując rosyjską obronę w okolicach wsi Olszyny[24].
Znaczne sukcesy tego dnia, zapewniła sobie też austriacka 4. Armia. Jej prawe skrzydło i działający tam IX Korpus zajął wszystkie umocnione wzgórza i wsie na swej drodze. W godzinach wieczornych zatrzymał się na przedmieściach Tuchowa, z którego ewakuował się sztab IX Korpusu armii cara. Szczególnie ciężkie walki toczono w rejonie wsi Lichwin, a szczególnie o wzniesienie Głowa Cukru. Wprawdzie pułki piechoty opanowały je o 5 nad ranem, ale jeszcze przed południem utraciły je z powodu kontrataku Rosjan. Cały dzień upłynął pod znakiem nieustającego ostrzału i szybkich kontruderzeń. Ostatecznie Głowa Cukru znalazła się w rekach Austriaków dopiero 4 maja. Kolejny dzień walk okazał się wielkim sukcesem wojsk sprzymierzonych. Druga linia obrony została przełamana!
Gen. Radko Dymitriew poniósł sromotną klęskę. Stracił mnóstwo żołnierzy i nie zdołał utrzymać pierwotnych pozycji pod Gorlicami. Ostatnie nadzieje pokładał w przysłanym mu na odsiecz III Korpusie Kaukaskim, który włączył się do walk po południu 4 maja. Nie zdołało to jednak zmienić losów bitwy. Po zaciętej obronie Biecza i okolic z czterech dywizji rosyjskiego X Korpusu pozostało przy życiu niecałe 5 tys. ludzi. Zdziesiątkowany Korpus Kaukaski musiał osłaniać ich odwrót[25].
