蘇聯突然不打招呼，入侵波蘭的行爲，就連德軍也是非常吃驚，包括身居高級職務的最高統帥部作戰處長阿爾弗雷德·約德爾將軍也驚訝的追問：“他們準備對付誰呢？之所以出現這樣的原因是希特勒只有告知外界（包括大部分德軍將領）德蘇兩國簽訂互不侵犯條約一事，卻沒有提到共同瓜分波蘭的行動，9月3日，斯大林還專門通過自己外交部長莫洛托夫告知德方，蘇聯將會在有足夠軍隊的情況下入侵波蘭，所以蘇聯的突然參戰出兵讓德國人吃驚也就不足爲怪了。
蘇聯軍集結了兩個方面軍的兵力（相當於德軍的集團軍羣），分別爲由米海爾·科瓦列夫上將指揮的白俄羅斯方面軍（負責佔領布利茲特-裡托夫斯克至立陶宛邊界的波蘭領土）和由謝苗·鐵木辛哥上將指揮的烏克蘭方面軍（負責佔領布利茲特-裡托夫斯克以南的全部地區，其中在佈署上，最南邊有一支機械化的“第12集團軍”，負責阻攔波軍撤退至羅馬尼亞和匈牙利），兵力共有25個步兵師、16個騎兵師和12個坦克旅，總計46萬人、3,739輛坦克、380輛裝甲車和2,000架作戰飛機。
相比下，波軍於當地與其接戰的兵力甚少，第一線部隊主要爲“邊境防護軍”（korpus ochrony pogranicza，簡稱“kop”），僅有18個營、共12,000人，且沿着蘇波邊境展開、兵力分散於四周，根據波蘭的西部方案防禦計劃，波蘭假設蘇聯會在與德國的衝突期間保持中立，因此，波蘭指揮官部署其部隊在最西部，以面對德國的入侵，而這個時候，不超過20個兵力不足的營，其中包括約20,000人隊的邊防防衛軍，以捍衛東部邊境，當紅軍在9月17日入侵波蘭時，波蘭軍隊正在且戰且撤向羅馬尼亞橋頭堡，以便他們進行重組，並等待英國和法國的救援。
在蘇聯剛入侵的時候，蘇軍被告知禁止與波軍直接衝突，使後者一度以爲其爲盟軍，但蘇軍逐漸向內地深入且許多波軍被解除武裝後展開入侵後，形勢也逐見明朗化，在這種情況下，雷茲-希米格維最初傾向於以東部邊境防衛軍部隊進行抵抗，但被總理felicjan s?awoj sk?adkowski和總統伊格納茨·莫希奇茨基所勸阻，無奈之下，雷茲於17日至18日的晚上對波軍下令，除非出於自衛或是前往羅馬尼亞橋頭堡時遭蘇軍攔截，否則儘可能不要與蘇軍衝突，以撤退爲首要目標，然而，德軍入侵已經嚴重破壞了波蘭的通訊系統，對波蘭軍隊造成指揮和控制上問題，由於出現混亂，波蘭和蘇聯軍隊的衝突在邊境發生，從8月30日起負責指揮邊境防衛軍的wilhelm orlik-ruckemann將軍，於被任命後沒有收到任何官方指令，於是在面對蘇聯的侵略行徑的時候，他和他的下屬繼續積極抵抗蘇聯軍隊，直至10月1日把部隊解散。
蘇聯入侵的同一日，雷茲與政府要員都逃往了羅馬尼亞，許多波蘭平民也同樣前往尋求避難，就整體形勢來看，蘇聯入侵是一個決定性的因素，波軍原希望藉由維斯瓦河守住波蘭東部的計劃已變得沒有意義，它說服波蘭政府“波蘭已經戰敗”的事實。
在蘇聯入侵波蘭的行動，不可避免的回合已經進入波蘭並高歌猛進的德軍出現衝突，不過都是相對算少的情況，總體來說，兩國士兵間仍有一定程度的友善關係，兩軍之間在戰場上有顯著合作的例子，德軍在佈列斯特-裡特維斯基戰役中攻佔了佈列斯特要塞，但在9月17日將它移交給蘇軍第29坦克旅，德國的海因茨·古德里安將軍和蘇聯的謝苗·克里沃申准將，然後在市內舉行了聯合勝利閱兵式，利沃夫在9月22日投降，數天之後，德軍將其交給蘇軍，蘇聯軍隊在9月19日爲期2天的戰鬥之後攻取了威爾諾，他們在9月24日經過爲期4天的戰鬥之後佔領了格羅德諾，9月28日，紅軍已經到達納雷夫河、西布格河、維斯瓦河和桑河一線－即事先與德國人商定的邊界。
儘管面對蘇聯趁火打劫的行動，波蘭在9月28日的斯扎克戰役中取得戰術性的勝利，但更大規模衝突的結果從未被懷疑，平民志願者、民兵和撤退出來的重組單位在在波蘭首都華沙對抗德國軍隊直到9月28日，和華沙以北的莫德林要塞在16天的激烈戰鬥後於第2天投降，10月1日，蘇聯軍隊在wytyczno戰役中把波蘭軍單位趕進森林，這是行動中其中最後1個直接抵抗行動，幾個被孤立的波蘭守軍陣地在被包圍後被長期堅守，但是在10月6日之後，波蘭境內的抵抗還是消失了，在戰爭結束之後，蘇聯外長曾經得意洋洋向斯大林報告道：“由德國軍隊及隨後由紅軍發動短時間的行動，就足以讓這個由凡爾賽條約製造出來醜陋的東西消失！”
面對蘇聯的趁火打劫的行爲，波蘭的盟國法國和英國對此應平淡，因爲他們當中沒有1個國家願意開始同蘇聯對抗，干涉蘇聯國內戰爭的失敗讓他們想起來就感覺到戰慄，根據1939年8月25日英波共同防禦條約的協議條款，英國曾答應，如果定歐洲列強進攻波蘭，會向提供援助，但是根據協定內一個秘密協議，明確規定歐洲列強稱爲德國，所以當波蘭遭受兩國的東西夾擊，行將滅國之時，當波蘭大使愛德華·拉陳斯基提醒外交大臣愛德華·腓特烈·林黎·伍德有關的協議時，他直言不諱地告訴，是否對蘇聯宣戰是英國自己的事情，英國首相內維爾·張伯倫曾考慮作出公開承諾，以恢復波蘭狀態，但最終只發表一般的譴責，這位“和平首相”的表現再次讓包括英國人在內的世界人民震驚。
法國人曾對波蘭作出承諾，包括提供空中支援，而這些並沒有兌現，法波軍事聯盟於1921年簽署及之後作出修訂，該協議並沒有法國軍事領導人的大力支持，，在20世紀20年代和30年代，雙方關係惡化，在法國人看來，德國和蘇聯的同盟是脆弱的和被公開譴責，或被採取行動打擊，蘇聯將不會以法國或波蘭的最佳利益爲考慮，當蘇軍進入波蘭後，法國和英國認爲短期內沒有什麼可以爲波蘭而做，並以開始籌劃長遠的勝利取代，法國曾在9月初進攻薩爾地區，但在波蘭戰敗後便在10月4日撤退至馬其諾防線後面，面對這一侵略的事實就連後來對張伯倫政策大加抨擊的首相溫斯頓·丘吉爾也在1939年10月1日的電臺廣播中表示：“... 俄羅斯軍隊應該站在這條線上顯然必定是爲了俄羅斯安全以對抗納粹的威脅，無論如何，該線是在那裡，1條東部戰線已被建立而納粹德國不膽敢進行攻擊，當赫爾·馮·裡賓特洛甫在上週被傳喚到莫斯科時他己認識到，及接受了1個事實，即納粹在波羅的海國家和烏克蘭的計劃，必須完全停止！”
當中國的總理張良接到這一情況是曾經和他的下屬在閒談時說：“我們尊敬的張伯倫首相大人和法國當局，對於世界的和平還是很維護的，既然這讓咱們也不能辜負他的好意，咱們是時候考慮收回香港了，另外他們在咱們國家的租界也考慮讓他提前到期吧！”這使得英國和法國在中國的勢力範圍在二戰爆發後完全在短時間內消失。
在蘇聯入侵波蘭的行動中給予了波蘭方面巨大打擊，尤其是蘇聯人的大屠殺行爲讓波蘭人死傷慘重，9月24日，蘇軍在扎莫希奇附近的米利安娜村莊的1間波蘭軍方醫院內殺害了42名工作人員和病患者，1939年9月28日，蘇軍亦在沙茨克戰役後屠殺了所有被俘的波蘭軍官，超過20,000名波蘭軍事人員和平民在卡廷慘案中喪生，內部人民委員部對戰俘廣泛使用酷刑，特別是在小城鎮內。
在戰爭即將結束之時，9月28日，蘇聯和德國簽署了德蘇友好、合作和邊界劃定條約，修改了莫洛托夫-裡賓特洛甫條約的秘密條款，他們把立陶宛劃入蘇聯的勢力範圍和將波蘭邊境向東面移動，給德國更多的領土，蘇聯獲得幾乎所有比薩河、納雷夫河、西布格河和桑河以東的波蘭領土，這相當於約200,000平方公里的土地，居住着13,500,000波蘭公民，這一協議內建立的邊界大致相當於在1919年由英國人制定的寇鬆線，這也是英國人保持沉默的另外一個原因，在他們看來蘇聯是拿回了屬於他們的一切。
總之，不管怎樣波蘭這個年輕的國家再次亡國，二戰也隨之爆發，德國的魔抓終於開始指向西歐，