Na konci roku 1919 uzavřel spojenectví s Polskem, které uznalo jeho vládu jako legitimní vládu Ukrajiny. V březnu 1920 podepsal v Lubimi s polskou vládou dohodu, že Polsku připadne Lvov a oblast Haliče výměnou za pomoc s dobytím zbytku země. Petljurova a polská vojska dosáhla v rámci rusko-polské války určitých úspěchů, mimo jiné i dobytí Kyjeva, ale nakonec byla nucena k ústupu. Rižský mír rozdělil Ukrajinu mezi Polsko a Rusko a Petljura se stal hlavou ukrajinské exilové vlády sídlící v Tarnówě a posléze ve Varšavě.