Sowiecka napaść na Polskę była realizacją układu podpisanego w Moskwie 23 sierpnia 1939 r. przez ministra spraw zagranicznych III Rzeszy Joachima von Ribbentropa oraz ludowego komisarza spraw zagranicznych ZSRS Wiaczesława Mołotowa, pełniącego jednocześnie funkcję przewodniczącego Rady Komisarzy Ludowych (premiera). Integralną częścią zawartego wówczas sowiecko-niemieckiego paktu o nieagresji, był tajny protokół dodatkowy. Jego drugi punkt, dotyczący bezpośrednio Polski, brzmiał następująco: „W wypadku terytorialnych i politycznych przekształceń na terenach należących do Państwa Polskiego granica stref interesów Niemiec i ZSRS przebiegać będzie w przybliżeniu po linii rzek Narwi, Wisły i Sanu. Kwestia, czy w obopólnym interesie będzie pożądane utrzymanie niezależnego Państwa Polskiego i jakie będą granice tego państwa, będzie mogła być ostatecznie wyjaśniona tylko w toku dalszych wydarzeń politycznych. W każdym razie oba rządy rozstrzygną tę kwestię na drodze przyjaznego porozumienia”.

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”.

Uzasadniając wkroczenie Armii Czerwonej na teren Rzeczypospolitej Polskiej stwierdzano: „Rząd sowiecki nie może pozostać obojętny na fakt, że zamieszkująca terytorium Polski pobratymcza ludność ukraińska i białoruska, pozostawiona własnemu losowi, stała się bezbronna. Wobec powyższych okoliczności Rząd Sowiecki polecił Naczelnemu Dowództwu Armii Czerwonej, aby nakazało wojskom przekroczyć granicę i wziąć pod swoją opiekę życie i mienie ludności Zachodniej Ukrainy i Zachodniej Białorusi. Rząd sowiecki zamierza równocześnie podjąć wszelkie środki mające na celu wywikłanie narodu polskiego z nieszczęsnej wojny, w którą wepchnęli go nierozumni przywódcy i umożliwienie mu zażycia pokojowej egzystencji”.

- Sowiecki atak przekreślił jakiekolwiek nadzieje na dalszy opór, oznaczał dla Polski wojnę na dwa fronty i walkę z dwoma agresorami, z których każdy dysponował dużym potencjałem militarnym. Zdezorganizował także zaplecze frontu walczącego z Niemcami i przekreślił możliwość realizacji wspomnianej już koncepcji przedmościa rumuńskiego - obrony rejonu granicy z Węgrami i Rumunią przed armią niemiecką na terenie Małopolski Wschodniej ograniczonej rzekami Dniestr i Stryj. Sowieckie uderzenie z 17 września skróciło polskie działania obronne. Walki z Niemcami trwałyby dłużej – przyznał dr Tomasz Sudoł z Biura Badań Historycznych IPN.
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. Zdaniem prof. Pawła Wieczorkiewicza, rozkaz marszałka Śmigłego-Rydza wydany 17 września „wprowadził w efekcie zamęt i utrudnił, czy wręcz uniemożliwił organizację obrony Kresów Wschodnich, tam gdzie istniały po temu jakiekolwiek szanse”. 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, na Wileńszczyźnie i Nowogródczyźnie. 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. 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. Straty sowieckie wynosiły ok. 3 tys. zabitych i 6-7 tys. rannych. 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. W wyniku dokonanego rozbioru Polski Związek Sowiecki zagarnął obszar o powierzchni ponad 190 tys. km kw. z ludnością liczącą ok. 13 mln. Okrojona Wileńszczyzna została przez władze sowieckie w październiku 1939 r. uroczyście przekazana Litwie. Nie na długo jednak, bowiem już w czerwcu 1940 r. Litwa razem z Łotwą i Estonią weszła w skład ZSRS. Liczba ofiar wśród obywateli polskich, którzy w latach 1939-1941 znaleźli się pod sowiecką okupacją, do dziś nie jest w pełni znana.