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Zu Beginn des Überfalls auf Polen wurde Sosnkowski für den Posten des Ministers der Kriegswirtschaft nominiert; er schlug diese Nominierung jedoch aus, da er die Tätigkeit zu dem Zeitpunkt als sinnlos empfand. Stattdessen übernahm er das Kommando über eine westlich von Lemberg eingekesselte polnische Armee. Es gelang ihm, den Kessel zu sprengen, die polnischen Einheiten herauszuführen und zur Verteidigung von Lemberg einzusetzen. Nach der Kapitulation schlug der General sich über die Ostkarpaten und Ungarn nach Paris durch, das er im Oktober 1939 erreichte. Hier wurde er vom Ministerpräsidenten der polnischen Exilregierung, Władysław Sikorski, zum Oberbefehlshaber der polnischen Untergrundstreitkräfte, "Związek Walki Zbrojnej" (ZWZ – Verband des bewaffneten Kampfes, ab Februar 1942 als Polnische Heimatarmee bezeichnet), ernannt. Am 13. November 1939 entstand auch das von Sosnkowski geleitete "Komitet Ministrów dla Spraw Kraju" (KMSK, Ministerkomitee für die Landesangelegenheiten). In Folge von Auseinandersetzungen um das Sikorski-Maiski-Abkommen verlor Sosnkowski Ende Juli 1941 die Führung der militärischen Untergrundarbeit und seine Funktion als Oberbefehlshaber.