Dos semanas después de la invasión alemana, la Unión Soviética invadió Polonia oriental. El 21 de septiembre, los soviéticos y los alemanes firmaron un acuerdo formal que coordina movimientos militares en Polonia, incluyendo la purga de los saboteadores. Hubo un desfile germano-soviético en Lvov y Brest. Stalin había decidido en agosto que iba a liquidar el estado polaco, y una reunión germano-soviética en septiembre abordó la futura estructura de la "región polaca". La Unión Soviética declaró en septiembre que debía ingresar a Polonia para "proteger" a sus hermanos étnicos ucranianos y bielorrusos de Alemania, aunque Mólotov luego admitió ante los funcionarios alemanes que esta excusa era necesaria porque los soviéticos no podían encontrar otro pretexto para la invasión soviética.