德波战争刚刚爆发，纳粹德国领导人就催促苏联尽早出兵波兰。在他们看来，苏联出兵将会壮大德国的声威，使得英法两国更不敢轻举妄动，从而使德国可以更加从容地消灭波兰；他们甚至希望苏联的出兵会使英法两国也向苏联宣战。果真如此，德苏关系可能会更深一层芬兰人猛烈抵抗苏联入侵。图为芬兰士兵准备埋葬敌人的尸体。纳粹德国的处境也将会大大改善。苏联准备出兵，但要选择“适当的时机”。1939年9月5日，莫洛托夫在书面答复德国要求苏联从东方进攻波兰时说，“这一时机尚未到来”。9月8日，德军已进抵华沙城下。1939年9月17日晚波兰政府离开本国领土。
9月17日，苏联政府认为，波兰国家和政府已不复存在，苏联已不再受苏波互不侵犯条约的束缚；并认为，自己有责任保护波兰境内乌克兰和白俄罗斯族同胞。凌晨5时40分，由米·普·科瓦廖夫率领的白俄罗斯方面军和由谢·康·铁木辛哥率领的乌克兰方面军以7个集团军约40个师的兵力，越过长达1000多公里的苏波边界进入波兰境内，其快速兵团在8个航空兵群支援下，迅速突破波兰边境防御，当晚占领波列西耶地区。
资料表明，苏联红军进入波兰24小时即9月18日清晨波军总司令部才离开本土。由此看来，苏联政府严重违背了国际法准则，充分暴露了其民族利己主义和大国沙文主义。
波兰全力抵抗西部德军的入侵，在波苏边境只有25个边防营。这时已呈崩溃之势的波军根本无力承受苏联在自己背后的一击。18日，已逃往罗马尼亚的波军总司令爱·雷兹—西米格威元帅，命令部队全部撤往罗马尼亚和匈牙利，对俄国人不作抵抗，除非他们进攻我们或企图解除我军的武装。但一些部队未接到这一命令，仍继续抵抗。在格罗德诺和科布林等地双方展开了激战。
18日，苏军先头部队与德军会合。两军商定，西进苏军与西撤德军之间须保持25公里的距离。22日，苏军从西撤德军的手中接管了布列斯特要塞，迫使利沃夫守军投降，并占领比亚韦斯托克。25日，苏军进至布格河、桑河一线。
苏军的入侵行动历时12天，向西推进250～350公里。苏军亡734人，伤1862人；波军亡5000人，被俘30万人。
波兰被征服了。全部领土为德国和苏联占领。于是，如何处理波兰问题又摆在了德苏两国领导人的面前。
德国人主张，大部分波兰领土由德苏瓜分，但还应保留一个完全由波兰人组成的人口为1200万到1500万的残存的波兰国家。在德国人看来，以拿破仑的华沙大公国为蓝本保留下来的这样一个国家，一来有可能提供同英法两国谈判的基础，为自己今后的行动留下更多回旋的余地；二来有利于自己对波兰人的控制，因为波兰人今后要想收复被苏联占领的土地，就不能不依靠德国人的帮助，使自己委身于德国。
苏联人开始表示赞同，但很快便意识到这样做对自己有弊无利，于是决定改变主意，放弃原先允许一个残存的波兰存在的意图，主张以皮萨河、纳雷夫河、维斯瓦河、桑河为界分割波兰。
德国人当然是求之不得的。9月23日，里宾特洛甫要德国驻莫斯科大使舒伦堡通知莫洛托夫，同意苏联方面的主张。并表示，为与苏联人讨论有关细节，并确定“波兰地区的最后结构”，他愿意再次去莫斯科。
9月28日下午6时，里宾特洛甫飞抵莫斯科，并连夜与苏联人进行会谈。会谈中，苏方提出两个方案，第一个方案是前面所说的以四河为界划定双方势力范围；第二个方案是把原定划归德国的立陶宛让予苏联，作为交换，原定属于苏联的卢布林省和华沙省东部地区划归德国。苏联建议这样做的理由是，把波兰人分开在两个国家是不合理的。
正在西线与英法严重对峙的德国是看得清苏联在其战略棋盘上的位置的，它不能为眼前的一点点蝇头小利而与苏联闹翻，从而使其费尽心血创造的可以避免两线作战的大好局面毁于一旦。所以，尽管仗是德国打赢的，但它不敢不烙守它在8月间与苏联达成的划分势力范围的协议，甚至对苏联提出的新要求也不想说个“不”字。
9月29日清晨5时，莫洛托夫和里宾特洛甫根据苏联人提出的第二个方案的精神正式签订了《苏德边界和友好条约》。条约规定：在“前波兰国家崩溃之后”，双方承认各自的势力范围，其界线大致以桑河、布格河和纳雷夫河一线划定。苏联除收回1921年以前属于苏联的领土之外，还取得了对波罗的海三国的控制权；德国除得到了东普鲁士、波兹南省和西里西亚这些1918年以前原属德国的领土外，还占领了其他波兰领土。至此，波兰第四次被德苏两国瓜分。