9月1日凌晨，轰炸机开始对波兰的道路、机场、铁路交叉路口、弹药仓库，以及包括华沙在内的城市和中心进行狂轰滥炸，停泊在但泽港外的德国训练舰也突然开始炮轰维斯特市拉德半岛上的波兰守军。波兰空军大部分飞机还没来得及起飞便被摧毁了，德国空军迅速控制了制空权。北方集团军群中，古德里安大将负责指挥的是两个装甲师和两个轻装甲师，他长期以来一直提倡使用闪电战这一新战法。与南方集团军群将坦克分散到各个作战部队中不同的是，古德里安将他的坦克部队集中起来，这使得他在带领步兵主力部队向前推进时获得了巨大的成功。

希特勒希望同波兰的战斗能尽快结束，以防其西线受到攻击，但直到9月3日星期六的上午11时，英国首相张伯伦才最终决定对德宣战，而法国政府则迫于英国的压力，在六个小时后十分不情愿地宣布了同样的决策。很快，所有人便都意识到，西方盟国并不打算出击齐格菲防线，即便在这条防线后只有德军40个师的兵力，而在这些德军的对面，还驻扎着法国的85个师。同盟国的无所作为可以部分地理解为担心强大的德国空军会对伦敦和巴黎这两座城市进行毁灭性轰炸，不过即使英法真的在西线攻击德国，恐怕也无法及时挽回波兰的败局。因为事实上，尽管英国皇家空军的前沿空中打击力量在9月9日就已经抵达法国，但由英国陆军上将戈特指挥的英国主力部队远征军却直到10日才登上欧洲大陆。

到9月5日，波兰走廊地区已经完全被德军切断。9月8日，德军在波兰北部包围了波兰的“波莫瑞”集团军。而由莱希瑙大将指挥的德军第10集团军和由布拉斯科维茨大将指挥的第8集团军也迅速取得了突破，并于17日完成了对波兰“克拉科夫”集团军和“罗兹”集团军的包围。波兰政府先是逃到卢布林，然后又流亡到罗马尼亚，在罗马尼亚，他们一开始受到了欢迎，但随后不久，该国政府便迫于希特勒的压力而将其扣押了下来。

9月6日晚，法国开始攻入德国，希望这能给波兰人一丝喘息的机会。法军沿一条15英里宽的正面前线向德国萨尔州推进五英里，占领12个被放弃的德国村庄。德军随即后撤到齐格菲防线之后，静候敌人。由于法国那时还在进行全国动员，所以根本没有采取任何进一步的行动，于是五天之后，法国人又回撤到原先的阵地。这根本称不上是盟国的“举全国之力”，而且也没有证据表明希特勒曾经从东线撤回一兵一卒来应付这次入侵。

9月8日，莱希瑙的第10集团军进抵华沙郊区，但最初却遭到波兰抵抗组织的猛烈阻击。华沙市中心开始到处设立临时路障，开挖反坦克堑壕，并四处放置装满了松节油的木桶作为爆炸装置。希特勒本打算在9月21日会见美国国会代表前占领华沙，以便给美国和全世界造成一种既成事实的局面，但他的希望很有可能落空了。而且同时，波兰“波兹南”集团军在库特谢巴将军的带领下，开始攻击德第8集团军的侧翼，强渡布楚拉河，然后对库特诺发起了三天的围攻，几乎消灭了德军的一个整编师。只是当围困华沙的德第10集团军奉命调回来救援时，波兰军队才撤出战斗。

就在波兰只剩下三个师的兵力防守东部800英里长的边界线时，9月17日凌晨，苏军突然开始入侵波兰，这让所有人都大吃一惊，但没有人知道，这是8月24日苏德秘密协议中早已商议好了的。苏联人早就想报1920年败给波兰的那场战争的一箭之仇，此外还想获得进入波罗的海的通道，并进而建立一个对德缓冲地带，没想到天赐良机，他们竟然没费吹灰之力便同时达到了这三个目的。斯大林以波兰对乌克兰和白俄罗斯实行“殖民主义”作为开战借口，声称苏联红军进入波兰是为了“重建那里的和平与秩序”。波兰人因此成了纳粹重锤和苏联铁砧之下的双重殉国者，直到1989年11月，也就是将近一个世纪之后，他们才重新获得独立和自由。

在这场战争中所暴露出来的赤裸裸的卑劣行径中，其中有一件事最为令人发指，那就是在1940年春，苏联红军将4100名投降的波兰军人押解到靠近斯摩梭斯克的卡廷森林里，然后顶着他们的后脑开枪，残忍地将他们杀害。总计共有21857名波兰士兵被苏军在卡廷和其他地方杀害。后来，在德军入侵苏联后，斯大林的秘密警察头子贝利亚坦承那是“一场错误”。1943年4月17日，德军意外发现了这片巨大的万人冢，戈培尔于是立刻向全世界宣布发现了“卡廷大屠杀”，但苏联的宣传机构则企图证明那完全是纳粹自己所为，这个谎言在当时英国外交部的有意串谋下一直被隐瞒到了1972年，不过在纽伦堡审判时，盟国还是撤销了对德国有关卡廷惨案一事的指控。

到9月中旬，德军已经进入了在华沙以东的许多地区，并占领了布列斯特立托夫斯克一带和利沃夫，所以在苏军和德军之间偶尔会出现一些不经意的冲突。时任德国外交部长的里宾特洛夫于是飞赴莫斯科以同苏方划定分界线。当晚，两位外长展开了激烈的谈判，直到第二天清晨5时，双方才最终同意，德国占领华沙和卢布林，而苏联则得到波兰东部的其他地区，并可自由进出波罗的海。波兰历史上第四次被外国势力瓜分殆尽。

在经历了9月25日一整天的狂轰滥炸之后，华沙守军发现自己看不到任何可能来自西方盟友的救援希望，而东部又受到了苏联的大规模袭击，雷兹和他大部分部队之间的联系也被切断了，于是他被迫于27日停止抵抗。到10月5日，所有抵抗都已结束；苏军和德军分别俘虏了21.7万人和69.3万人。只有大约9－10万人幸运地借道立陶宛、匈牙利和罗马尼亚成功逃离了他们的祖国，这些人一直向西前进，后来加入 由流亡总理西科尔斯基将军建立的自由波兰军队，此后，他便在法国的昂热建立起了波兰流亡政府。