苏联突然不打招呼，入侵波兰的行为，就连德军也是非常吃惊，包括身居高级职务的最高统帅部作战处长阿尔弗雷德·约德尔将军也惊讶的追问：“他们准备对付谁呢？之所以出现这样的原因是希特勒只有告知外界（包括大部分德军将领）德苏两国签订互不侵犯条约一事，却沒有提到共同瓜分波兰的行动，9月3日，斯大林还专门通过自己外交部长莫洛托夫告知德方，苏联将会在有足够军队的情况下入侵波兰，所以苏联的突然参战出兵让德国人吃惊也就不足为怪了。
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·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·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12集团军”，负责阻拦波军撤退至罗马尼亚和匈牙利），兵力共有25个步兵师、16个骑兵师和12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”（korpus ochrony pogranicza，简称“kop”），仅有18个营、共12,000人，且沿着苏波边境展开、兵力分散于四周，根据波兰的西部方案防御计划，波兰假设苏联会在与德国的冲突期间保持中立，因此，波兰指挥官部署其部队在最西部，以面对德国的入侵，而这个时候，不超过20个兵力不足的营，其中包括约20,000人队的边防防卫军，以捍卫东部边境，当红军在9月17日入侵波兰时，波兰军队正在且战且撤向罗马尼亚桥头堡，以便他们进行重组，并等待英国和法国的救援。
在苏联刚入侵的时候，苏军被告知禁止与波军直接冲突，使后者一度以为其为盟军，但苏军逐渐向内地深入且许多波军被解除武装后展开入侵后，形势也逐见明朗化，在这种情况下，雷兹-希米格维最初倾向于以东部边境防卫军部队进行抵抗，但被总理felicjan s?awoj sk?adkowski和总统伊格纳茨·莫希奇茨基所劝阻，无奈之下，雷兹于17日至18日的晚上对波军下令，除非出于自卫或是前往罗马尼亚桥头堡时遭苏军拦截，否则尽可能不要与苏军冲突，以撤退为首要目标，然而，德军入侵已经严重破坏了波兰的通讯系统，对波兰军队造成指挥和控制上问題，由于出现混乱，波兰和苏联军队的冲突在边境发生，从8月30日起负责指挥边境防卫军的wilhelm orlik-ruckemann将军，于被任命后沒有收到任何官方指令，于是在面对苏联的侵略行径的时候，他和他的下属继续积极抵抗苏联军队，直至10月1日把部队解散。
苏联入侵的同一日，雷兹与政府要员都逃往了罗马尼亚，许多波兰平民也同样前往寻求避难，就整体形势來看，苏联入侵是一个决定性的因素，波军原希望借由维斯瓦河守住波兰东部的计划已变得沒有意义，它说服波兰政府“波兰已经战败”的事实。
在苏联入侵波兰的行动，不可避免的回合已经进入波兰并高歌猛进的德军出现冲突，不过都是相对算少的情况，总体來说，两国士兵间仍有一定程度的友善关系，两军之间在战场上有显著合作的例子，德军在布列斯特-里特维斯基战役中攻占了布列斯特要塞，但在9月17日将它移交给苏军第29坦克旅，德国的海因茨·古德里安将军和苏联的谢苗·克里沃申准将，然后在市内举行了联合胜利阅兵式，利沃夫在9月22日投降，数天之后，德军将其交给苏军，苏联军队在9月19日为期2天的战斗之后攻取了威尔诺，他们在9月24日经过为期4天的战斗之后占领了格罗德诺，9月28日，红军已经到达纳雷夫河、西布格河、维斯瓦河和桑河一线－即事先与德国人商定的边界。
尽管面对苏联趁火打劫的行动，波兰在9月28日的斯扎克战役中取得战术性的胜利，但更大规模冲突的结果从未被怀疑，平民志愿者、民兵和撤退出來的重组单位在在波兰首都华沙对抗德国军队直到9月28日，和华沙以北的莫德林要塞在16天的激烈战斗后于第2天投降，10月1日，苏联军队在wytyczno战役中把波兰军单位赶进森林，这是行动中其中最后1个直接抵抗行动，几个被孤立的波兰守军阵地在被包围后被长期坚守，但是在10月6日之后，波兰境内的抵抗还是消失了，在战争结束之后，苏联外长曾经得意洋洋向斯大林报告道：“由德国军队及随后由红军发动短时间的行动，就足以让这个由凡尔赛条约制造出來丑陋的东西消失！”
面对苏联的趁火打劫的行为，波兰的盟国法国和英国对此应平淡，因为他们当中沒有1个国家愿意开始同苏联对抗，干涉苏联国内战争的失败让他们想起來就感觉到战栗，根据1939年8月25日英波共同防御条约的协议条款，英国曾答应，如果定欧洲列强进攻波兰，会向提供援助，但是根据协定内一个秘密协议，明确规定欧洲列强称为德国，所以当波兰遭受两国的东西夹击，行将灭国之时，当波兰大使爱德华·拉陈斯基提醒外交大臣爱德华·腓特烈·林黎·伍德有关的协议时，他直言不讳地告诉，是否对苏联宣战是英国自己的事情，英国首相内维尔·张伯伦曾考虑作出公开承诺，以恢复波兰状态，但最终只发表一般的谴责，这位“和平首相”的表现再次让包括英国人在内的世界人民震惊。
法国人曾对波兰作出承诺，包括提供空中支援，而这些并沒有兑现，法波军事联盟于1921年签署及之后作出修订，该协议并沒有法国军事领导人的大力支持，，在20世纪20年代和30年代，双方关系恶化，在法国人看來，德国和苏联的同盟是脆弱的和被公开谴责，或被采取行动打击，苏联将不会以法国或波兰的最佳利益为考虑，当苏军进入波兰后，法国和英国认为短期内沒有什么可以为波兰而做，并以开始筹划长远的胜利取代，法国曾在9月初进攻萨尔地区，但在波兰战败后便在10月4日撤退至马其诺防线后面，面对这一侵略的事实就连后來对张伯伦政策大加抨击的首相温斯顿·丘吉尔也在1939年10月1日的电台广播中表示：“... 俄罗斯军队应该站在这条线上显然必定是为了俄罗斯安全以对抗纳粹的威胁，无论如何，该线是在那里，1条东部战线已被建立而纳粹德国不胆敢进行攻击，当赫尔·冯·里宾特洛甫在上周被传唤到莫斯科时他己认识到，及接受了1个事实，即纳粹在波罗的海国家和乌克兰的计划，必须完全停止！”
当中国的总理张良接到这一情况是曾经和他的下属在闲谈时说：“我们尊敬的张伯伦首相大人和法国当局，对于世界的和平还是很维护的，既然这让咱们也不能辜负他的好意，咱们是时候考虑收回香港了，另外他们在咱们国家的租界也考虑让他提前到期吧！”这使得英国和法国在中国的势力范围在二战爆发后完全在短时间内消失。
在苏联入侵波兰的行动中给予了波兰方面巨大打击，尤其是苏联人的大屠杀行为让波兰人死伤惨重，9月24日，苏军在扎莫希奇附近的米利安娜村庄的1间波兰军方医院内杀害了42名工作人员和病患者，1939年9月28日，苏军亦在沙茨克战役后屠杀了所有被俘的波兰军官，超过20,000名波兰军事人员和平民在卡廷惨案中丧生，内部人民委员部对战俘广泛使用酷刑，特别是在小城镇内。
在战争即将结束之时，9月28日，苏联和德国签署了德苏友好、合作和边界划定条约，修改了莫洛托夫-里宾特洛甫条约的秘密条款，他们把立陶宛划入苏联的势力范围和将波兰边境向东面移动，给德国更多的领土，苏联获得几乎所有比萨河、纳雷夫河、西布格河和桑河以东的波兰领土，这相当于约200,000平方公里的土地，居住着13,500,000波兰公民，这一协议内建立的边界大致相当于在1919年由英国人制定的寇松线，这也是英国人保持沉默的另外一个原因，在他们看來苏联是拿回了属于他们的一切。
总之，不管怎样波兰这个年轻的国家再次亡国，二战也随之爆发，德国的魔抓终于开始指向西欧，