Lituania a cerut asistență din partea Societății iar, ca răspuns, Consiliul Societății Națiunilor a cerut Poloniei retragerea din zonă. Guvernul polonez declarase că se va conforma cu Societatea, dar în loc să părăsească orașul a întărit orașul cu mai multe trupe poloneze. Prin urmare, Societatea a decis ca viitorul orașului Vilnius să fie determinat de locuitorii acestuia într-un plebiscit iar forțele poloneze să se retragă și să fie înlocuite de o forță internațională organizată de Societate. Câteva state membre ale Societății, printre care Franța și Marea Britanie, începeau să trimită trupe în zone ca parte din forța internațională. La sfârșitul anilor 1920, ostilitățile între Polonia și Lituania escaladaseră încă o dată dar în 1921, guvernul polonez căuta modalități de rezolvare pe cale pașnică. A fost de acord să susțină planul Societății, să retragă trupele poloneze și să colaboreze cu plebiscitul. Cu toate acestea, Societatea nu avea să fie susținută de Lituania și Uniunea Sovietică, care s-au opus oricărei prezențe de forțe internaționale în Lituania. În martie 1921, Societatea și-a abandonat planurile pentru plebiscit și forța internațională revenind la încercarea de a oferi un acord între cele două părți. Vilnius și zona dimprejur erau alipite oficial de Polonia în martie 1922, iar pe 14 martie, Conferința Aliaților au trasat frontiera între Lituania și Polonia, lăsând Vilnius în cadrul Poloniei. Autoritățile lituaniene au refuzat să accepte decizia și au rămas într-o stare război cu Polonia până în 1927. Până la ultimatumul polonez din 1938 Lituania și-a reluat relațiile diplomatice cu Polonia, punând capăt războiului, și "de facto" acceptând granițele vecinului său.