17 września 1939 r. Armia Czerwona napadła na Polskę. Do niewoli sowieckiej dostało się ok. 250 tys. żołnierzy, w tym ok. 10 tys. oficerów. Konsekwencją sowieckiej agresji stała się Zbrodnia Katyńska i masowe deportacje setek tysięcy obywateli polskich.
Niemcy od trzeciego dnia wojny ponaglali Moskwę, ażeby zajęła obszary uznane w pakcie Ribbentrop-Mołotow za jej strefę interesów. Stalin zwlekał z podjęciem decyzji, czekając na to, jak zachowają się wobec niemieckiej agresji na Polskę Wielka Brytania i Francja. Przyglądał się również jak silny opór Niemcom stawia polskie wojsko. Jednocześnie jednak w ZSRS trwały ukryte przygotowania do wojny. 24 sierpnia 1939 r. rozpoczęto stopniową koncentrację wojsk.
17 września 1939 r. o godz. 3 w nocy (według obowiązującego w Polsce czasu środkowoeuropejskiego była godzina pierwsza) do Komisariatu Spraw Zagranicznych w Moskwie wezwany został ambasador RP Wacław Grzybowski, któremu Władimir Potiomkin - zastępca Mołotowa - odczytał treść uzgodnionej wcześniej z Berlinem noty. Władze sowieckie oświadczały w niej m.in.: "Wojna polsko-niemiecka ujawniła wewnętrzne bankructwo państwa polskiego. W ciągu dziesięciu dni działań wojennych Polska utraciła wszystkie swoje ośrodki przemysłowe i centra kulturalne. Warszawa, jako stolica Polski, już nie istnieje. Rząd polski uległ rozkładowi i nie przejawia oznak życia. Oznacza to, że państwo polskie i jego rząd faktycznie przestały istnieć. Tym samym utraciły ważność umowy zawarte pomiędzy ZSRS a Polską".
Ambasador Grzybowski zdecydowanie odmówił przyjęcia sowieckiej noty. W tym samym czasie Armia Czerwona rozpoczęła napaść na Polskę. Od godz. 3 do godz. 6 rano jej wojska przekroczyły na całej długości wschodnią granicę z Polską. Łącznie siły Armii Czerwonej skierowane w trzech rzutach przeciwko Rzeczypospolitej wynosiły ok. 1,5 miliona żołnierzy, ponad 6 tys. czołgów i ok. 1800 samolotów.
Wieczorem 17 września Naczelny Wódz wydał następujący rozkaz (dyrektywę): "Sowiety wkroczyły. Nakazuję ogólne wycofanie na Rumunię i Węgry najkrótszymi drogami. Z bolszewikami nie walczyć, chyba w razie natarcia z ich strony albo próby rozbrojenia oddziałów. Zadanie Warszawy i miast, które miały się bronić przed Niemcami - bez zmian. Miasta, do których podejdą bolszewicy, powinny z nimi pertraktować w sprawie wyjścia garnizonów do Węgier lub Rumunii".
Władze polskie wzywając do unikania walki z Armią Czerwoną nie uznały jej wkroczenia za powód do wypowiedzenia wojny i nie zerwały stosunków dyplomatycznych z Moskwą. Zaistniała sytuacja zadecydowała o tym, iż w nocy z 17 na 18 września prezydent Ignacy Mościcki wraz z rządem polskim i korpusem dyplomatycznym przekroczył granicę rumuńską, planując przedostanie się do Francji. Razem z nimi terytorium polskie opuścił Naczelny Wódz marszałek Edward Śmigły-Rydz.
Rozkaz ten nie dotarł jednak do wielu oddziałów, a przez część dowódców uznany został za prowokację. Do starć z Armią Czerwoną dochodziło w wielu miejscach. Na Polesiu i Wołyniu improwizowana grupa KOP dowodzona przez gen. Wilhelma Orlika-Rueckemanna stoczyła z Sowietami kilkanaście potyczek i dwie bitwy: pod Szackiem 28-29 września i Wytycznem w pow. włodawskim 1 października. Na Polesiu z Armią Czerwoną walczyły także: dowodzony przez ppłk Nikodema Sulika-Sarneckiego pułk KOP "Sarny", brygada KOP "Polesie" oraz jednostki KOP "Kleck" i "Baranowicze". Z kolei w Kodziowcach, niedaleko Grodna, w nocy z 21 na 22 września doszło do bitwy, w której 101 pułk ułanów przez kilka godzin zatrzymywał przeważające siły sowieckie, niszcząc m.in. 22 czołgi. Na Wileńszczyźnie i Nowogródczyźnie z Sowietami walczyły oddziały KOP "Iwieniec", "Głębokie" i "Krasne".
Wkraczającym oddziałom Armii Czerwonej opór stawiały również miasta, wśród których najbardziej zacięty i tragiczny bój stoczyło Grodno. Walki z Wehrmachtem i Armią Czerwoną toczyła dowodzona przez gen. Franciszka Kleeberga Samodzielna Grupa Operacyjna "Polesie", w skład której weszli m.in. marynarze Pińskiej Flotylli Wojennej.
W sumie w starciach z Armią Czerwoną zginęło ok. 2,5 tys. polskich żołnierzy, a ok. 20 tys. było rannych i zaginionych. Straty sowieckie wynosiły ok. 3 tys. zabitych i 6-7 tys. rannych.
Do niewoli sowieckiej dostało się ok. 250 tys. żołnierzy, w tym ponad 10 tys. oficerów, którzy na mocy decyzji podjętej 5 marca 1940 r. przez Biuro Polityczne WKP(b) zostali rozstrzelani.
Wkraczająca na ziemie Rzeczypospolitej Armia Czerwona zachowywała się równie bestialsko jak wojska niemieckie. Przykładów zbrodni popełnianych na polskich wojskowych, policjantach i cywilach jest wiele, m.in. w Grodnie po zajęciu miasta Sowieci wymordowali ponad 300 jego obrońców, na Polesiu 150 oficerów, a w okolicach Augustowa 30 policjantów.
Zgodnie z propozycją Stalina przeprowadzona została korekta podziału terytorialnego ziem polskich. Granica pomiędzy ZSRS a III Rzeszą przebiegać miała odtąd wzdłuż linii rzek San-Bug-Narew-Pisa. Przedstawiciele dwóch totalitarnych mocarstw ustalili również, iż "nie będą na swoich terenach tolerować żadnej polskiej agitacji, która przenikałaby na terytorium drugiej strony. Wszelkie próby takiej agitacji na ich terenach będą likwidowane, a obie strony będą się informowały wzajemnie o podejmowanych w tych celach środkach".