В ночь на 16 сентября, когда разгром польской армии стал очевидным, немецкий посол в Москве граф Шуленбург был вызван в Кремль, где лидер советского государства И. Сталин объявил ему, что на следующий день Красная армия пересечет границу Польши на всем протяжении от Полоцка до Каменец-Подольского. По распространенному в советской прессе заявлению, вторжение фашистского вермахта в Польшу поставило народы Западной Украины и Западной Белоруссии под угрозу фашистского порабощения и создало опасное положение у западных границ СССР.
К вечеру 16 сентября войска Белорусского (под командованием командарма 2-го ранга М. Ковалева) и Украинского (под командованием командарма 1-го ранга С. Тимошенко) фронтов были развернуты в исходных районах. Советская группировка объединяла 8 стрелковых, 5 кавалерийских и 2 танковых корпуса, 21 стрелковую и 13 кавалерийских дивизий, 16 танковых, 2 моторизованные бригады и Днепровскую военную флотилию общей численностью около 618 тыс. человек при поддержке до 5 тыс. орудий и минометов, от 5 до 6 тыс. танков, 3,3 тыс. самолетов. По данным советской разведки, с польской стороны, на восточной границе кроме 25 батальонов и 7 эскадронов пограничной охраны (около 12 тыс. человек) других войск практически не имелось.
Приграничные сражения
В 5 часов утра 17 сентября 1939 г. передовые отряды Красной армии перешли границу. В ходе приграничных сражений были убиты 21 и пленены 102 польских пограничника. Первые часы операции подтвердили данные советской разведки об отсутствии значительных группировок польских войск, что позволило ускорить наступление. Кроме того, вечером 17 сентября по радио выступил главнокомандующий польской армии Рыдз-Смигла, приказавший войскам осуществить отход в Румынию и Венгрию кратчайшими путями и вступать в противоборство с советскими войсками лишь в случае попытки с их стороны разоружения польских частей.
Стремительное продвижение
В результате успешно развивающегося наступления уже вечером 19 сентября части Красной армии вступили в Лиду, к 20 сентября заняли Несвиж, Клецк, Пружаны, Кобрин и Ивацевичи, а 22 сентября советские войска, не встречая сопротивления, вошли в Гродно, а также заняли город Львов.
20 сентября 1939 г. начались переговоры Ворошилова и Шапошникова с представителями германского военного командования в лице генерала Кестринга, полковника Г. Ашенбреннера и подполковника Г. Кребса о порядке отвода германских войск и продвижения советских войск на демаркационную линию. По их результатам был подписан советско-германский протокол, в котором указывалось, что: «части Красной армии остаются на линии, достигнутой ими к 20 часам 20 сентября 1939 года, и продолжают вновь свое движение на запад с рассветом 23 сентября 1939 года». Вечером 21 сентября в штабы Белорусского и Украинского фронтов поступил приказ наркома обороны № 156, в котором излагалось содержание советско-германского протокола. После этого продвижение советских войск было приостановлено до утра 23 сентября.
Определение новых границ
28 сентября в Кремле прошел очередной раунд советско-германских переговоров, по результатам которых на следующий день был подписан Договор о дружбе и границе между СССР и Германией. Согласно достигнутым договоренностям, принятая граница между государствами признавалась окончательной, вмешательство третьих держав в это решение отвергалось. С 5 по 12 октября советские войска были отведены за линию новой границы, а к вечеру 13 октября германские войска вышли к демаркационной линии на всем ее протяжении.
Блистательная победа
В результате освобождения Западной Украины и Западной Белоруссии Советский Союз получил территорию в 196 тыс. км² (50,4% территории Польши) с населением около 13 млн человек. В ходе этой операции Красная армия потеряла около 860 человек убитыми и пропавшими без вести, 2 тыс. ранеными. Материальные потери составили 10 танков, 5 орудий и 2 самолета. Потери польской стороны оцениваются как 3,5 тыс. убитыми, 20 тыс. ранеными, 452 тыс. плененными. Кроме того, польские войска лишились 900 орудий и 300 самолетов.
