ההתקפה של ברית המועצות על פולין ב-17 בספטמבר 1939 הייתה יישום ההסכם מ-23 באוגוסט 1939 בין הסובייטים לרייך השלישי, המכונה בדרך כלל הסכם מולוטוב-ריבנטרופ. בפרוטוקול סודי שצורף אליו, סיכמו שתי המדינות על החלוקה העתידית של מרכז ומזרח אירופה ביניהן.
ברית המועצות שמרה על מראית עין של ניטרליות לאחר התוקפנות הגרמנית נגד פולין ב-1 בספטמבר 1939, והשגריר הסובייטי בפולין אף סימן את האפשרות לתמיכה בהעברת אספקה לפולנים, כפי שכתב שר החוץ יוזף בק שנים מאוחר יותר בזיכרונותיו. למעשה, זה היה משחק ציני להסוואת פעולות עתידיות. במקביל, תחנת הרדיו הסובייטית במינסק שידרה אותות המאפשרים למטוסי הלופטוואפה הגרמניים להפציץ ביעילות ערים פולניות.
עוד מהימים הראשונים של המלחמה ציפה היטלר שסטלין ייקח בכוח את השטחים שהוגדרו בהסכם מולוטוב-ריבנטרופ כתחום ההשפעה הסובייטי. עם זאת, הרודן הקומוניסטי המתין להתפתחות המצב, תוך תשומת לב לעמדת בריטניה וצרפת, אך גם צפה בהתפתחויות בחזית הפולנית-גרמנית. במקביל החלה ברית המועצות להכין יחידות צבאיות משלה בהכרזה על צו להעלאת מוכנות הלחימה במחוזות הצבאיים המערביים הגובלים בפולין והחלה בגיוס חשאי.
מעניין ששבועיים לאחר התוקפנות של גרמניה נגד פולין, "פרבדה" – העיתון הסובייטי החשוב ביותר – פרסם מאמר "על הסיבות הפנימיות לתבוסתה של פולין במלחמה", שבו העלה המחבר את סוגיית הרב לאומיות בחברה של הרפובליקה הפולנית השנייה, והשתמש בנושא זה לתעמולה. כפי שטען, מאחר שלמיעוטים הלאומיים לא הייתה אוטונומיה ברפובליקה השנייה, הדבר הוביל לנפילתה. בליל ה-16-17 בספטמבר 1939, שגריר פולין במוסקבה, וואצלב גריבוסקי, זומן בדחיפות למשרד החוץ הסובייטי. שם שמע את הטקסט של מכתב דיפלומטי חתום על ידי ויאצ'סלב מולוטוב. בו קבעו השלטונות הסובייטיים, בין היתר, כי "מלחמת פולין-גרמניה חשפה את פשיטת הרגל הפנימית של המדינה הפולנית. ורשה, כבירת פולין, לא קיימת עוד. ממשלת פולין התפרקה ואינה מראה סימני חיים. המשמעות היא שמדינת פולין וממשלתה חדלו למעשה להתקיים. לפיכך, ההסכמים שנכרתו בין ברית המועצות לפולין חדלו להיות תקפים".
בחלק הבא של המכתב הצביע מולוטוב על הצורך בכניסת הצבא האדום לשטחה של הרפובליקה הפולנית השנייה בשל חובתו להבטיח את ביטחונם של האוכלוסייה הבלארוסית והאוקראינית. השגריר גז'יבובסקי סירב בתוקף לקבל את המכתב הסובייטי. במקביל הוא הצביע על מצגי השווא, על הפרת החוקים והאמנות הבינלאומיות של ברית המועצות, והעלה את הנושא שממשלת פולין עדיין נמצאת במדינה וציין שגם אוקראינים ובלארוסים נלחמים בשורות הצבא הפולני נגד הפולשים הגרמנים. השלטונות הסובייטיים העבירו את תוכן המכתב לאנגליה וצרפת, ובמקביל ציינו בציניות שלמרות פלישת הצבא הסובייטי לשטח פולין, ברית המועצות עדיין ראתה את עצמה כמדינה ניטרלית ביחס למלחמה.
ב-17 בספטמבר 1939 נכנסו חיילי הצבא האדום לפולין. כחצי מיליון חיילים, יותר מ-5,500 כלי רכב קרביים משוריינים ויותר מאלף מטוסים גויסו נגד הרפובליקה השנייה. פולין, שנלחמה אז במלחמה עם גרמניה, הצליחה להתמודד עם הפולש החדש עם 17 גדודים לא שלמים ו-6 טייסות של חיל הגנת הגבולות (Korpus Ochrony Pogranicza, KOP), גם חצי חטיבת ההגנה הלאומית Dziśnieńska (חצי לא חמושה), והקבוצה המבצעית העצמאית "Polesie" שאורגנה באזור פולסי על ידי הגנרל פרנסיסק קליברג, וכן יחידות עורפיות. בלבול רב גרם להנחיה של המרשל אדוארד רידז'-סמיגלי, הרטמכ"ל הפולני, שבה המליץ ליחידות פולניות לסגת לרומניה ולהונגריה ולא לעסוק בלחימה עם כוחות סובייטים, למעט מקרים של תקיפה מצדן וניסיונות לפירוק מנשק.
התוקפנות הסובייטית גרמה לשלטונות פולין, בראשות הנשיא איגנסי מושציצקי, לעזוב את שטח פולין בלילה שבין ה-17 ל-18 בספטמבר. השיירות פנו לרומניה בכוונה להגיע לצרפת בעלת הברית.
עם זאת, הנחיית המפקד העליון לא הגיעה לכל היחידות הפולניות, שסיפקו התנגדות רואית לכוחות הפולשים של ברית המועצות. זה היה נכון במיוחד ליחידות ה-KOP שהגנו על גבול המדינה. מקום סמלי היה טין ליד סארני, שם כמה צוותים של בונקרים מבוצרים בפיקודו של סגן יאן בולבוט עצרו את הכוחות הסובייטים במשך יומיים. ההתנגדות ההרואית נשברה לאחר פיצוץ הבונקרים וחיילים פולנים נהרגו. כמו כן, קבוצת KOP מאולתרת בפיקודו של הגנרל וילהלם אורליק-רוקמן ניהלה קרבות נסוגים נגד הצבא הסובייטי הפולש, כולל שני קרבות בשאצק ובוויטיצ'ה. בנוסף, ההגנה ההרואית על גרודנה התקיימה ב-20-22 בספטמבר 1939, שם השתתפה בלחימה, בנוסף לחיילים, גם האוכלוסייה האזרחית. כאן קשרו הסובייטים את תדיאוש יאסינסקי בן ה-13 לטנק כמגן אנושי. הנער הוכה קודם לכן באכזריות בגין ניסיון כושל להצית את הרכב. לאחר רגעים אחדים לאחר שהפולנים לקחו אותו בחזרה, הוא מת בזרועות אימו. לאחר שכבשו את העיר, רצחו הסובייטים את מגיניה, ולא חסו על חיי אזרחים, כולל תלמידי בית ספר בגרודנה. פשעים דומים התרחשו בכמה עיירות אחרות באזורים שנכבשו על ידי הצבא האדום. למרות הלחימה שעדיין נמשכה, הרייך השלישי וברית המועצות חתמו על הסכם במוסקבה ב-28 בספטמבר 1939, המסדיר את חלוקת השטח הפולני ואת מהלך הגבול המשותף לאורך קו נהרות סן-בוג-נארב-פיזה. במהרה נעלמה פולין ממפת אירופה.