苏联告知波兰代表后不久，庞大的苏联军队越过了两国边境，入侵波兰。原先苏联也不知道德军究竟将会何时展开对波战争，但当九月一日入侵开始后，由于德军的快速进击远出乎苏联预料（后者原认为战事将会演变为有如一次大战的阵地战），若要分配到利益，苏联就需于近期入侵波兰。最终，苏联军集结了两个方面军的兵力（相当于德军的集团军群），分别为由米海尔#8226；；科瓦列夫上将指挥的白俄罗斯方面军（负责占领布利兹特-里托夫斯克至立陶宛边界的波兰领土）和由谢苗#8226；；铁木辛哥上将指挥的乌克兰方面军（负责占领布利兹特-里托夫斯克以南的全部地区，其中在布署上，最南边有一支机械化的“第2集团军”，负责阻拦波军撤退至罗马尼亚和匈牙利），兵力共有2个步兵师、6个骑兵师和2个坦克旅，总计46万人、3，739辆坦克、380辆装甲车和2，000架作战飞机。相比下，波军于当地与其接战的兵力甚少，第一线部队主要为“边境防护军”仅有8个营、共2，000人，且沿着苏波边境展开、兵力分散于四周。
当苏军深入波兰内地后，即通知德军应撤至那累夫河-维斯瓦河-桑河一线。九月二十日，希特勒亲自下令德军结束该线以东的一切战斗，后者在消灭波兰仅存的少数兵力后，也井然有序地进行了撤退工作。德军也将部份尚未结束的战斗留给了苏军处理，如直到九月二十日仍处于包围状态的利沃夫，但出乎德军预料的是，当德军要撤离该地时，波兰军立即向德军所投降。
十月六日，波兰最后的抵抗力量投降，波兰战争结束，波兰被德国和苏联瓜分。