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。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。

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。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。

到9月中旬，德军已经进入了在华沙以东的许多地区，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。

在这次持续四周的战役中，德方共有8082人阵亡，另有27278人受伤，而波兰则总共有70000名士兵和25000名平民被杀害，还有13万名士兵受伤。