Após os confrontos anteriores entre as tropas polonesas e russas, a Guerra Polonesa-Soviética eclodiu no início de 1920, com os poloneses invadindo a Ucrânia e tomando Kiev. Stalin foi transferido para a Ucrânia, na Frente Sudoeste. O Exército Vermelho forçou as tropas polonesas de volta ao seu país. Lenin acreditava que o proletariado polonês se levantaria para apoiar os russos contra o governo local de Józef Piłsudski. Stalin havia advertido contra isso; ele acreditava que o nacionalismo levaria as classes trabalhadoras polonesas a apoiar o esforço de guerra de seu governo. Também acreditava que o Exército Vermelho estava mal preparado para conduzir uma guerra ofensiva e que isso daria aos Exércitos Brancos uma chance de ressurgir na Crimeia, potencialmente reacendendo a guerra civil. Stalin perdeu o argumento, depois do qual aceitou a decisão de Lenin e a apoiou. Ao longo da Frente Sudoeste, tornou-se determinado a conquistar Lwów; ao concentrar-se nesse objetivo, desobedeceu as ordens de transferir suas tropas para ajudar as forças de Mikhail Tukhachevsky. Em agosto, os poloneses repeliram o avanço russo e Stalin retornou a Moscou. Um tratado de paz polonês-soviético foi assinado; ele viu isso como um fracasso pelo qual culpou Trótski. Trótski, por sua vez, acusou Stalin de "erros estratégicos" ao lidar com a guerra na Nona Conferência Bolchevique. Stalin sentiu-se ressentido e subestimado; em setembro exigiu a demissão dos militares, o que foi concedido.