17日凌晨5时40分，苏军发起入侵波兰的行动。由于波兰已被德军打得溃不成军，苏军力量充足，波军大败。
苏军进入波兰后，苏德两国就双方的势力范围进行了一系列具体磋商。9月20日，苏德军方在比亚威斯托克举行会议，就苏德两国的军事行动作了协调。
9月22日，苏军占领了比亚威斯托克和利沃夫。
9月27日，里宾特洛甫再次飞抵莫斯科，与苏联政府于9月28日签订苏德边界友好条约。条约规定：苏德“两国政府在前波兰国家领土上划定界线，作为两国国界”。任何第三国对此项决定不得干涉。
苏德边界条约签订后，苏联政府开始把保障安全的重点转移到西北部。列宁格勒是苏联人口最多的第二大城市，工业和文化的中心，这里距苏芬边界仅32千米。苏联政府担心，英法德等国会像1918、1919年那样以芬兰为跳板，对苏联构成威胁。
1939年3月，苏联政府提出：把芬兰湾内的苏尔岛（戈格兰岛）、拉凡岛、塞伊斯卡里岛（塞斯卡尔岛）和季乌林岛租借给苏联，以建立军事基地，保障列宁格勒及苏联西北部的安全。
3月8日，芬兰政府表示“不能考虑租借芬兰岛屿的建议”。苏联外交人民委员李维诺夫希望“这不是芬兰政府的最后答复，仍希望芬兰政府将重新考虑它对苏联建议的态度”。同时，他还表示，愿以二倍于上述岛屿面积的苏维埃卡累利阿的领土相交换。