在德国空军集中兵力摧毁华沙市内供水系统和发电站的同时，第三、第十集团军也连续对该市进行了炮轰。
德军企图利用侦察部队找出波军防御的弱点，然后进行进攻。而波兰军队在前罗兹集团军指挥官罗梅尔将军的指挥下，坚持英勇反击，致使德军几乎无法前进一步。
华沙城里的波军弹药充足，市内被毁坏的地方成了很好的炮兵防御阵地。在这里，防御部队不仅包括常规军队的士兵，而且也有一支士气高昂的国民自卫队。
1939年9月22日，希特勒来到第三集团军的司令部，视察了部署在华沙东部郊区普拉加的炮兵部队。尽管希特勒因德军迟迟不能摧毁华沙而大为恼火，但他同时又反对从维斯拉河东岸进攻华沙，担心此举会激怒苏联军队。
希特勒之所以做这样的决定，除了因为有可能带来德军的重大人员伤亡之外，还因为根据《苏德互不侵犯条约》的条款：这一地区应该属于苏联的管辖范围。
《苏德互不侵犯条约》，是1939年8月23日苏联与纳粹德国在莫斯科签订的一份秘密协议。主要内容有：
1.缔约双方保证不单独或联合其他国家彼此互相使用武力、侵犯或攻击行为。
2.缔约一方如与第三国交战，另一缔约国不得给予第三国任何支持。
3.缔约双方决不参加任何直接、间接反对另一缔约国的任何国家集团。
4.双方以和平方式解决缔约国间的一切争端。
5.条约有效期为10年。
除《苏德互不侵犯条约》外，苏德双方还签订了一份秘密附加协议书，其中规定：
1.属于波罗的海国家（芬兰、爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛）的地区如发生领土和政治变动时，立陶宛的北部疆界将成为德国和苏联势力范围的界限。在这方面，双方承认立陶宛在维尔诺地区的利益。
2.如波兰发生领土和政治变动，苏德双方将大致以纳雷夫河、维斯杜拉河和桑河为势力分界。维持波兰独立是否符合双方利益，以及如何划界，只能在进一步的政治发展过程中才能确定。
3.在东南欧方面，苏联关心在罗马尼亚的比萨拉比亚的利益，德国宣布在该地区政治上完全没有利害关系。
4.双方将视本协议书为绝密文件。
鉴于这些原因，德军批准了一项进攻华沙西部地区的决定。
这一决定将把大量的华沙市民赶到波兰东部，从而使其成为苏联武装部队不得不面对的一个包袱。
进攻华沙的任务落到了刚消灭完库特诺口袋地区波军的德军第八集团军肩上。为部署这一进攻，德军首先要保证任何人都无法突出重围，这样波军对食品的需求就会增加，而时间一长，食物供给显然会变得紧缺。
同时，德国空军继续轰炸华沙的自来水过滤站和抽水站，毁坏市内的正常供水系统。
这样一来，华沙的居民们就不得不直接饮用维斯杜拉河中的水。他们可能很快就会染上伤寒或肠胃病。德军还切断了华沙大部分发电站的电源，并烧毁了该市的面粉加工厂。对华沙的居民和守军来说，饥饿马上就要降临到他们头上。
在德国第三集团军从北面轰炸华沙的同时，9月26日上午，第八集团军也开始对华沙发起了进攻。德国步兵冲破外围防线，开始取得进展。
经过一天的激烈攻势之后，波兰军队要求停火休战，但这一要求遭到了德军的拒绝，因为他们要求驻守华沙的波军无条件投降。对罗梅尔将军和他的参谋们来说，败局已不可扭转，为了保护平民不受到更大的生命威胁，他们被迫接受了德军的条件。
1939年9月27日14时，驻守在华沙的14万名波军放下武器，举手投降。
华沙败降后，驻守在华沙北部的莫德林军团仍在顽强抵抗。德国将进攻华沙时用的大炮重新布置来对付莫德林防卫部队。
9月27日，德军发动了一场渗透到波兰外部防线的全面进攻。由于莫德林驻军严重缺水，食品储备也越来越少，因此驻军指挥官于9月28日要求休战。
此后，除了少数几支分散的小规模部队仍在波兰的密林丛中进行游击战以外，唯一坚持抵抗的地方就是波罗的海沿岸了，在这里还驻扎着几支拥有防御基地的波兰军队。
尽管有关南方波军被摧毁的坏消息频频传来，但波罗的海沿岸的波兰军队仍然极为顽强地战斗着。
虽然军队指挥官戴贝克上校成功地把大部分驻军撤离到在奥克斯伏特的新据点，但9月14日，德军还是夺取了波罗的海的主要港口格丁尼亚。
9月16日和17日，德国空军发动了猛烈进攻，紧接着9月18日至19日，德军又发起主攻。经过这场打击，波军被彻底击垮了。在此次战斗中，戴贝克上校自杀殉国。
在9月29日德军发起最后一次地面进攻之前，守卫在海勒半岛的一小块延伸到但泽湾陆地的波兰驻军就遭受了来自德国陆、海、空三军的打击和轰炸。但直到10月1日，驻守在那里的海军少将安鲁格才接受了德军的投降要求，波军被迫沿半岛撤退。
海勒守军投降后，除了10月份的第一个星期内还有几场小的战斗外，德国对波兰的战争已经全面结束了。
经过36天的激烈战斗，波兰军队已被完全摧毁而不复存在了。18世纪末期，波兰曾被普鲁士、奥地利和俄国3次瓜分；1939年，波兰又经历了第四次被瓜分。
为了最后敲定瓜分的细节问题，里宾特洛甫亲自飞往莫斯科，于9月28日与苏联签订了《苏德边界友好条约》。
在这一条约中，德国同意将立陶宛划到苏联的势力范围之内，同时作为补偿，德国将其控制的波兰领土继续向东延伸到布格河一线。
尽管德国想获取波兰的产油区，但斯大林拒绝交出包括利沃夫和德赫贝卡、博尔斯劳产油区在内的桑河以东领土。
总的来说，苏、德双方对这一新条约还是相当满意的，但斯大林丝毫没有放慢要对波罗的海沿岸国家行使“权力”的步伐。这些国家面临着接受苏联控制的巨大压力。
在以后的6年里，波兰人民遭受了极大的痛苦。德国和苏联都蓄意着手清除波兰社会中有影响的政治家和社会活动家。党卫军紧随入侵德军步伐，行刑分队开始对那些声称“不受欢迎的人”实行处决。
如果说对波兰的战争给德国军队带来的是胜利的欢笑，那么这场战争对波兰人来说，则意味着人间地狱的开始。