17 вересня лінія найбільшого просування німецьких військ у південно-східних та центральних районах тогочасної Польщі виглядала приблизно таким чином: підступи до Борислава й Дрогобича — Щирець — Рудки — Львів (в облозі) — Жовква — Рава-Руська — Грубешів і далі вздовж західного берега Бугу до району Бреста. На цьому фронті діяли три німецькі дивізії: 57-ма піхотна — у районі Бориславських нафтових родовищ; 1-ша гірська — довкола Львова й 2-га танкова — у районі Рави-Руської. Найближчим часом до них мали приєднатися 7-ма й 44-та піхотні, 5-та танкова та 2-га гірська дивізії. Німці помітно послабили свій тиск, що польське командування розцінювало як ознаку загального вичерпання наступального потенціалу противника на першому етапі війни. За таких обставин маршал Е. Ридз-Сміґлий вважав організацію оборони на «румунському плацдармі» досить реальною. Водночас він очікував, що французи от-от почнуть активні дії на суходолі, що змусить німців забрати війська з Польщі й перекинути на Захід.
Однак замість союзників уранці 17 вересня в наступ перейшли радянські війська, які почали швидко просуватися на польську територію. Ця обставина докорінним чином змінила становище польських військ. Маршал Е. Ридз-Сміґлий не бачив можливості вести війну на два фронти. У зв’язку з цим він наказав усім військам відступати до південних кордонів Польщі. До Угорщини перейшло понад 40 000 польських вояків, до Румунії — приблизно 30 000, зокрема президент, уряд і сам верховний головнокомандувач разом зі своїм штабом. До Румунії було вивезено золотий запас країни та устаткування деяких оборонних підприємств, а також евакуйовано всю вцілілу військову авіацію.
Після отримання інформації про наступ Червоної армії командири демобілізували групи «Шацьк» і «Володимир». Вояки, котрі походили із західноукраїнських і західнобілоруських земель, розійшлися по домівках, а інші перейшли на західний берег Бугу з наміром прорватися до оточеної Варшави.
Після 17 вересня війська генерала К. Соснковського продовжували свій марш на допомогу Львову, але після кількаденних важких боїв за села Рясне та Голоско вони не змогли прорватися до міста, до якого їм залишалося тільки півтора кілометри. Унаслідок зазнаних втрат знекровлені польські дивізії перестали існувати, розділившись на окремі групи, більшість із яких потрапила до радянського полону. Лише небагатьом вдалося уникнути неволі.
Оборона Львова тривала, адже головнокомандувач наказав не припиняти боротьбу з ворогом, сподіваючись, що військам із центральної Польщі вдасться прорватися до міста, а потім і за кордон. Але протягом наступних днів Львів був повністю блокований німецькими військами, які розпочали підготовку до рішучого штурму. 22 вересня генерал В. Лянгнер передав місто під контроль радянських військ. Таким чином, Львів не зіграв відведеної йому ролі перевалочного пункту на шляху до «румунського плацдарму» й став лише самотнім редутом польської оборони у вересні 1939 року.
Скориставшись загальним розвалом польського фронту, німці пішли далі на схід: захопили Жовкву, Великі Мости й досягли Західного Бугу від Камянки-Струмилівської до Сокаля, а також вийшли на лінію річки Стрий, зайнявши Бориславський нафтовий басейн. Таким чином, 18 вересня рубіж наймасштабнішого просування німців на західноукраїнських землях виглядав так: річка Стрий — Жидачів — Миколаїв — річка Зубра — Львів (в облозі) — Куликів — Камянка-Струмилівська — Грубешів. Там німецькі війська зупинилися, а через кілька днів туди вийшла й Червона армія.
У той час, коли польські війська намагалися стримати наступ німців, Радянський Союз готувався до нападу на Річ Посполиту. З вересня 1939 р. нарком оборони СРСР маршал К. Ворошилов наказав військовим радам семи округів (Київського особливого (КОВО), Білоруського особливого, Харківського, Орловського, Калінінського, Ленінградського та Московського) ужити низку заходів для підвищення бойової готовності військ, а саме: затримати на місяць звільнення в запас червоноармійців останнього року служби; відкликати з відпусток командирів, політпрацівників, начальників військових частин та установ; привести військові частини до стану бойової готовності, для чого перевірити озброєння, обладнання, техніку тощо. 6 вересня своєю директивою К. Ворошилов наказав усім військовим частинам і установам розпочати наступного дня часткову таємну мобілізацію резервістів. З отриманням наказу військові частини КОВО, не чекаючи на поповнення, почали висуватися до державного кордону в складі, передбаченому штатним розписом мирного часу. Мобілізованих резервістів планували перекинути з пунктів постійної дислокації військ до районів зосередження залізницею або автотранспортом. 11 вересня нарком оборони видав розпорядження Військовій раді КОВО про перейменування польового командування округу на командування Українського фронту, який очолив командарм 1-го рангу С. Тимошенко (членом Військової ради фронту був перший секретар ЦК КП(б)У М. Хрущов, а начальником штабу — комбриг М. Ватутін).
Радянський план передбачав масований наступ військ одночасно в кількох головних напрямках: на Рівне — Луцьк — Володимир-Волинський, на Тернопіль — Львів, на Бориславські нафтові родовища. На 8-й день операції війська мали вийти на «лінію Керзона». Їхнє подальше просування з виходом до Вісли залежало б від загального розвитку військово-політичної ситуації в Польщі.
У першому оперативному ешелоні Українського фронту перебувало 9 стрілецьких та 7 кавалерійських дивізій, 8 танкових та 1 мотострілецька бригада, які були зведені в три армії. Їхня загальна кількість становила майже 300 000 вояків, 1200 гармат і мінометів, 2700 танків. Загалом же у військах фронту було 800 000 вояків, 3200 танків, 1100 бойових літаків, 4700 гармат. Окрім того, з армійськими частинами взаємодіяли 10 000 прикордонників НКВС.
У зв’язку з нападом на Польщу німецьких військ польське верховне командування зосередило основні сили в західних регіонах країни. Східні регіони належали до тилової зони, де розташовувалися підрозділи Корпусу охорони прикордоння, кілька батальйонів територіальної оборони, Пінська військова флотилія та запасні частини, що готували маршові поповнення для фронту. Загальна чисельність польських військ на західноукраїнських землях напередодні радянського наступу становила приблизно 370 000 вояків, 100—150 гармат, 70 танків і панцерних автомобілів, 160 бойових літаків. Однак переважну більшість польських вояків становили щойно призвані резервісти, яким бракувало зброї, боєприпасів та обмундирування. Бойову цінність мали тільки прикордонні підрозділи (12 000 вояків) та Пінська військова флотилія (понад 2000 вояків, 40 бойових і 50 допоміжних кораблів).
О 03.15 17 вересня 1939 р. польському послові в Москві В. Гжибовському вручили ноту радянського уряду, у якій було відзначено, «що польська держава та її уряд фактично перестали існувати», а «залишена без керівництва Польща перетворилася на зручне поле для всіляких прикрих випадків та несподіванок, що можуть створити загрозу для СРСР». Тож радянський уряд, аби не допустити цього й узяти під захист життя та майно населення Західної України, віддав наказ Головному командуванню Червоної армії перейти польський кордон.
У той момент, коли польському послові зачитували ноту радянського уряду, війська українського фронтів почали наступ. За перший день вони подолали кількадесят кілометрів, зайнявши Рівне, Тернопіль і Чортків. 18 вересня Червона армія вступила до Дубна, Луцька, Золочева, Коломиї, 19 вересня — до Володимира-Волинського, Рогатина, Станіславова, вийшла на підступи до Львова. 20 вересня радянські війська зайняли Ковель. Уранці наступного дня, згідно з директивою наркома оборони, наступ був призупинений, оскільки на деяких ділянках (у районі Бреста та Стрия) радянські частини зіткнулися з дивізіями вермахту. Вимушену оперативну паузу слід було використати для впорядкування тилу, налагодження зв’язку тощо.
21 вересня в Москві був підписаний спеціальний радянсько-німецький протокол, який регулював відхід вермахту з територій, що, за секретним додатковим протоколом до Договору про ненапад, належали до сфери інтересів Радянського Союзу. Було домовлено, що німці почнуть відхід 22 вересня, щоденно відступаючи на 20 км. Німецькі ар’єргардні та радянські авангардні підрозділи мала розділяти відстань 25 км.
Після укладання протоколу 22 вересня до зайнятих німцями Стрия й Бреста вступили радянські частини. У Бресті з нагоди передачі міста відбувся спільний німецько-радянський парад (єдиний усупереч поширеному міфу). Того ж дня радянські війська увійшли до Львова, захисники якого з 12 вересня тримали оборону проти німців. Після кількох турів переговорів польський генерал В. Лянгнер вирішив без бою здати місто Червоній армії — 15-тисячний польський гарнізон склав зброю.
24 вересня радянські війська вступили до Дрогобича, Комарна, Жовкви, 25 вересня — до Холма, 26 вересня — до Замостя, Яворова, Самбора, 28 вересня — до Перемишля. На досягнутих рубежах 29 вересня рух радянських військ був зупинений, оскільки вранці цього дня був укладений радянсько-німецький Договір про дружбу та кордон, згідно з яким землі між Наревом, Західним Бугом, Віслою та Сяном (Люблінське та східна частина Варшавського воєводства) були передані німецькій стороні в обмін на включення Литви до радянської сфери інтересів. Тепер уже Червоній армії довелося віддавати німцям щойно зайняті території. Поступовий відхід на лінію нового кордону розпочався 5 жовтня й завершився 13-го. 16 жовтня кордон узяли під охорону прикордонні війська НКВС.
Таким чином, військова операція Червоної армії проти Польщі добігла кінця. За явно применшеними відомостями, радянські війська втратили вбитими 1173 особи, пораненими — 2002 особи, зниклими безвісти — 302 особи. Було знищено 17 танків, 6 літаків, 36 автомашин. Втрати польських військ оцінюють у 3500 загиблих, 20 000 поранених та понад 450 000 полонених. Загалом поляки чинили слабкий, неорганізований та нескоординований опір. Відбувалися бої місцевого характеру. Деякі з них мали напружений і запеклий характер. Наприклад, кілька днів поляки оборонялися на лінії укріплень у районі Сарн (17—20 вересня). Найбільшу боєздатність проявили польські прикордонники, які завдали радянським військам важких поразок, зокрема 21— 22 вересня в районі волинських сіл Боровичі та Навоз над річкою Стохід та 28 вересня поблизу містечка Шацьк.
Говорячи про воєнні події вересня 1939 р., не можемо оминути увагою участь у них вояків-українців Війська Польського, яких за приблизними підрахунками було від 100 000 до 120 000, причому 20 000—25 000 відбували тоді чинну службу, а решта була призвана під час мобілізації.
Відповідно до принципу екстериторіальності, застосованого під час укомплектування польських збройних сил, вояки-українці проходили чинну службу якомога далі від рідних домівок. Тож не дивно, що у військових з’єднаннях познанського 7-го корпусного округу українці становили близько 20 % від особового складу. До познанської 14-ї піхотної дивізії новобранці прибували традиційно з Кам’янки-Струмилівської, Рави-Руської, Львова, Коломиї, Калуша й Станіславова; до гнєзненської 17-ї — з Бережан, Чорткова й Калуша; до каліської 25-ї — із Золочева й Тернополя; до Великопольської кавалерійської бригади — з Коломиї, Бережан, Бучача й Станіславова.
