ポーランド侵攻作戦の直後、ポーランドはナチス・ドイツ、ソビエト連邦、リトアニア、スロバキアの4カ国に分割占領された。ドイツは占領した西部ポーランド領の一部をドイツ本土に併合し、残りの占領地域をいわゆるポーランド総督府領として支配した。ソビエトは東部ポーランド領をウクライナ共和国と白ロシア共和国に編入、リトアニアはヴィリニュスを、スロバキアは前年のミュンヘン会談によりポーランドに割譲されたチェシン地方を再び自国領に取り戻した。このようにしてポーランドはおもにドイツとソ連に分割され、ドイツ軍とソ連軍はポーランドの土地において互いを迎えあった。9月28日、前月に締結されたモロトフ・リッベントロップ協定の秘密議定書を修正する新しい秘密議定書がドイツとソ連の間で交わされ、リトアニア領全域をドイツでなくソ連の支配下に置くこと、ポーランドを分割する境界線はドイツのために東のブーク川まで移動することが決められた。ブレスト＝リトフスク（ポーランド名ブジェシチ）市では、ドイツ軍が新しい独ソ境界線の西へと撤兵する前に、ソ連軍とドイツ軍の両軍が共同勝利パレードを行った。 ポーランド侵攻では約65,000人のポーランド兵士が戦闘の犠牲となり、約680,000人が捕虜にされた（そのうちドイツ軍はとソ連軍はそれぞれ少なくとも420,000人、240,000人を捕虜にした）。ポーランド将兵のうち約120,000人はルーマニア橋頭堡と呼ばれる地域を通って当時中立国であったルーマニアとハンガリーへ脱出し、約20,000人はラトビアとリトアニアへ脱出した。脱出に成功した将兵の大多数は最終的にフランスやイギリスへ渡った。ポーランド海軍艦艇のほとんどはイギリスへうまく抜けることに成功した（ペキン作戦Plan Peking）。ポーランド軍に対してドイツ軍の犠牲は比較的少なかった（戦闘での死者数は約16,000人と見積もられている）。しかしその一方でポーランド侵攻作戦に参加した戦車などのドイツ軍装甲戦闘車両の30%以上が失われたのも事実で、これが理由でドイツは西欧諸国へ即時攻撃する計画を放棄せざるを得なかった。ドイツ、ソ連、ポーランドの西側同盟諸国のどの国も、ポーランドで行われた戦争が規模においても被害においても第一次世界大戦を凌駕する大規模な戦争につながるとは予想していなかった。1939年の段階ではドイツの戦争準備は充分に整っておらず、ヒトラーはフランスなどの西側諸国を攻撃しようとはしていなかった。ヒトラーがイギリスとフランスとの平和交渉がもはや無益だと判断するまでは数ヵ月かかった。日本がヒトラーと同盟してアメリカを攻撃したり、ソ連とアメリカがヒトラーと日本に対抗する同盟を結んでヨーロッパと太平洋それぞれにおける戦争が結合し、本当の世界大戦にまで発展するのは何年も先の話だった。1939年当時の政治家や将軍たちには見通せなくても、歴史的にみれば明らかなことは、このポーランド9月戦争（ポーランド侵攻）こそがヨーロッパにおける第二次世界大戦の始まりであり、それが1937年に始まった日中戦争や1941年に始まった太平洋戦争と結びついて、後に本当の意味での第二次世界大戦として知られるようになった大戦争に発展していったことである。9月1日にポーランドが侵略されたことを受けて、イギリスとフランスは9月3日にドイツに宣戦布告したが、実際はドイツのポーランド侵攻に対して直接兵を送ることをせず、またドイツ西部国境を犯すこともせず傍観の姿勢を決め込んだ。人々はこれをまやかし戦争と呼んだ。ポーランド人の多くは自分たちが西側同盟諸国に裏切られたのだと感じた。一方ポーランドは、同盟諸国に対する自らの義務事項を遵守し、国家としては決して降伏せず、フランス（のちにイギリス）に亡命政府（ポーランド亡命政府）を樹立した。このポーランド亡命政府は、1939年以前の政府の法的な継承者で、ポーランドに残された人々による民間の、あるいは軍事的な地下組織（ポーランド秘密国家）と連携した。ドイツ占領下におけるポーランド人は、第二次世界大戦におけるすべてのドイツ占領地域の中で最も強力で、最もよく組織された抵抗勢力として戦い続けた。ポーランド侵攻は、東ヨーロッパにドイツ民族の「生存圏」を確保するというヒトラーの東方植民地化計画 (Generalplan Ost) の最初のステップであった。当時はまだ不完全であったにせよ電撃戦の原型となった戦術は住宅地を破壊し、まもなく民間人と戦闘員の区別がつかなくなった。続いて行われたポーランド占領は、第二次世界大戦における最も残忍な出来事となった。ポーランド総督府統治地域以外のドイツ占領地域は全てドイツ本土に編入され（ポーランド領域にはヴァルテラント帝国大管区、ダンツィヒ＝西プロイセン帝国大管区の二つの帝国大管区とオーバーシュレージエン大管区が新設された。一部は東プロイセン大管区に編入され、残部はポーランド総督府が統治した）、それらの地域に住んでいたポーランド人の多数が、着の身着のまま総督府領へと追放された。一方、ドイツとソ連で交わされた住民交換の約束に従って、バルト海沿岸地方（バルト三国）、ガリツィア、ベッサラビアに住んでいたドイツ人は、これらの地域から立ち退きを強制された。約400,000人のドイツ人が、ドイツ領に編入されたポーランドに移住させられた。対照的に、戦後はポツダム協定に従って、オーデル・ナイセ線より東に住んでいたドイツ人は連合国によって新しく決められたドイツ領に追放された。ドイツ人はポーランド領に残ることも選択できたが、その場合はポーランドの共産主義政府によって全ての私有財産を没収され、改めてポーランド住民として承認された。戦前にポーランド市民だった約2,700,000人のドイツ人 (Volksdeutsche) はドイツ占領下では「ドイツ民族度」に従って4つのカテゴリーに分けられ、「民族リスト」 (Volksliste) に記載されて取り扱われたが、戦後、この「ドイツ系ポーランド人」のうちポーランドに残った者はポーランドで国家反逆罪に問われ、裁判を受けた。ドイツによるポーランド占領中にポーランド人は、抵抗組織で活動したりユダヤ人をかくまうといった反ドイツ的行為のほか、許可なく家畜を飼うなどの微罪でも即座に死刑（ほとんどの場合発覚次第その場で銃殺）となり、最終的に600万人のポーランド人（ポーランド全人口の20%）が殺害され、そのうち300万人はアウシュヴィッツなどの絶滅収容所で大量虐殺されたといわれている。また、1940年の夏にAB行動が行われた。これは前年の1939年8月から10月に行われたタンネンベルク作戦と同じようにして、ドイツ占領下のポーランドでポーランド人の社会的指導層や知識層に属する人々を殺害する作戦であり、結果的にポーランド民族を文化的に無力化することを最終目標とした。これによって約30,000人が逮捕され、そのうちほぼ7,000人が即座に殺害され、残りは各地の強制収容所に送られた。タンネンベルク作戦もAB行動も、ドイツ新領土からのポーランド人追放とともに、ドイツ東方における民族浄化計画である東方植民地化計画の一環でポーランド民族に対して行われた事件の例である。一方、1939年から1941年にかけてのソ連によるポーランド占領でも、180万人ものポーランド市民が殺害されるか国外追放された。NKVDによって共産主義体制にとって潜在的危険であると見なされた人々はすべて、ソビエト化教育を受けるか、シベリアなどに移住させられるか、労働収容所（グラーク）に収監されるか、または殺害の対象になった。ナチス同様、ソ連側も「反革命分子」に対して情け容赦しなかった。ソ連の支配に反抗するとその人物も含めて家族全員がNKVDに逮捕された。国内で大粛清を推し進めたスターリンはかつてのポーランド・ソビエト戦争の敗北でポーランドへかねてから雪辱を果たす機会を狙っていた。カティンの森事件はポーランド軍将校が虐殺された事件の一つである。ソ連の残虐行為は1944年にポーランドが赤軍によって「解放」された後、再び始まった。戦争の間ロンドン亡命政府の指揮下で抵抗活動を続けてきた国内軍（Armia Krajowa、略称AK）の兵士に対する迫害や、国内軍将校の処刑がソ連によって行われた（モスクワにおける「16人裁判」）。