В 10.30 21 сентября в штабы Белорусского и Украинского фронтов поступило приказание наркома обороны № 16693, требовавшее остановить войска на линии, достигнутой передовыми частями к 20.00 20 сентября. Перед войсками ставилась задача подтянуть отставшие части и тылы, наладить устойчивую связь, находиться в состоянии полной боеготовности, быть бдительными и принять меры для охраны тылов и штабов. Кроме того, командованию Белорусского фронта разрешалось продолжить наступление в Сувалкском выступе331 . В 22.15 21 сентября в штабы Белорусского и Украинского фронтов поступил приказ наркома обороны № 156, в котором излагалось содержание советско-германского протокола332 . На следующий день Военный совет Белорусского фронта отдал соответствующий приказ № 05333 .

В ночь на 22 сентября польские защитники Гродно покинули город, и утром он был занят советскими частями, которым бои за город обошлись в 57 убитых, 159 раненных, было подбито 19 танков и 4 бронемашины. 6-я кавдивизия приняла у немцев Белосток, а 11-я кавдивизия достигла района Крынки-Бялостоцкие. Войска 3-й и 11-й армий продолжали нести охрану латвийской и литовской границ. На южном участке фронта войска 4-й армии приняли у немцев Брест, в котором состоялся широко известный ныне парад советских и германских войск, промаршировавших перед трибуной, на которой рядом стояли генерал Г. Гудериан и комбриг С.М. Кривошеин (будущий Герой Советского Союза, дошедший до Берлина). 23 сентября части 27-й танковой бригады заняли Сувалки. 11-я армия начала передислокацию вдоль литовской границы к Гродно, а 10-я армия продолжала продвижение на запад во втором эшелоне фронта. 25 сентября войска получили директиву наркома обороны № 011 и приказ Военного совета Белорусского фронта № 06, предупреждавшие, что "при движении армии с достигнутого рубежа Августов - Белосток Брест-Литовск на запад на территории, оставляемой Германской армией, возможно, что поляки будут рассыпавшиеся части собирать в отряды и банды, которые совместно с польскими войсками, действующими под Варшавой, могут оказать нам упорное сопротивление и местами наносить контрудары"334 .

По согласованию с германским командованием войска Белорусского фронта планомерно продвигались на запад. К 26-27 сентября войска 3-й и 11-й армий закрепились на границе с Литвой и Восточной Пруссией до Щучина. Южнее на фронте Гонёндз - Кнышин развернулись 20-я мотострелковая и 6-я танковая бригады. 6-я и 11-я кавдивизии вышли к Высоке-Мазовецке, а 13-я и 4-я стрелковые дивизии развернулись на фронте южнее Белостока до р. Нарев. 8-я стрелковая дивизия из состава 4-й армии перешла р. Западный Буг и приняла у немцев Бялу-Подляску. К 28-29 сентября войска продвинулись до линии Щучин Стависки - Ломжа - Замбрув - Цехановец - Косув-Ляцки - Соколув-Подляски Лосице - Мендзижец-Подляски.

На Украинском фронте войска 5-й армии, возобновив продвижение с 23 сентября, сломили сопротивление польских частей на р. Западный Буг у Холма и 30 сентября были остановлены на линии Пугачув - Пяски - Пиотркув Кржемень - Билгорай. Войска 6-й армии, возобновившие с 25 сентября продвижение на запад, к исходу 26 сентября вышли на фронт Рава-Русская Немиров - Яворов - Рудки. К 28 сентября войска армии вышли на среднее течение р. Сан от Билгорая до Перемышля. 24 сентября войска 12-й армии начали продвижение на запад, приняв у немцев Дрогобыч. 26 сентября передовой отряд 16-й кавдивизии прибыл на станцию Бескид, занятую, как оказалось, 23 сентября венгерскими войсками. Попытка контакта с венграми вызвала с их стороны обстрел из ручного оружия. Ответный артиллерийский огонь советских бронемашин привел к прекращению стрельбы и отходу венгерских солдат в железнодорожный туннель на границе. По сведениям местных жителей, туннель был минирован; ситуация на этом участке границы с Венгрией была нормализована после переговоров335 . 27 сентября 4-й кавкорпус и 26-я танковая бригада вели бои с поляками у Журавинец. 28 сентября 5-й кавкорпус вышел к верховьям р. Сан и на границу с Венгрией.

Тем временем 23 сентября Риббентроп сообщил в Москву о готовности прибыть на переговоры и запросил удобное для этого время. Советское правительство предложило 27-28 сентября, и, учитывая настроения правящих кругов Англии и Франции относительно "линии Керзона", уже вечером 25 сентября Сталин и Молотов передали Шуленбургу предложение обсудить на будущих переговорах передачу в советскую сферу интересов Литву, а взамен они были готовы отказаться от части Варшавского и Люблинского воеводств до Буга. Сталин сказал, что если немцы согласны на это, то "СССР немедленно возьмется за решение проблемы прибалтийских государств, в соответствии с протоколом от 23 августа, и ожидает в этом деле полную поддержку со стороны германского правительства"336 .

В 18.00 27 сентября в Москву прибыл Риббентроп. Первая беседа с Молотовым проходила с 22.00 до 1.00 в присутствии Сталина, Шуленбурга и Шкварцева. В ходе переговоров по вопросу окончательного начертания границы на территории Польши Риббентроп, ссылаясь на то, что Польша была "полностью разбита немецкими вооруженными силами", стремился сохранить за Германией районы нефтедобычи в верховьях р. Сан и лесные массивы у Августова и Белостока. Сославшись на опасность разделения польского населения, что могло породить волнения и создать угрозу обеим государствам, Сталин предложил оставить территорию этнографической Польши в руках Германии. Относительно германских пожеланий об изменении линии государственных интересов на юге и севере, Сталин, отведя их, предложил в качестве компенсации поставлять Германии до 500 тыс. тонн нефти в обмен на поставки угля и стальных труб. В итоге территориальный вопрос свелся к двум вариантам. Согласно первому, все оставалось как было решено 23 августа. Согласно второму, Германия уступала Литву и получала за это области восточнее Вислы до Буга и Сувалки без Августова. Кроме того, Риббентроп настаивал на передаче Германии части территории Литвы в районе Мариамполь337 .

Докладывая в Берлин о результатах переговоров, Риббентроп, оценив варианты решения территориального вопроса, отмечал, что не может определить, какой из них более выгоден Германии. За первый вариант говорит, по его мнению, то, что, "имея в руках Литву, мы расширим на северо-востоке немецкую колонизационную зону". Против этого говорит то, что раздел польского населения может создать возможность трений между Германией и СССР. За второй вариант говорит то, что присоединение всего польского населения исключает политические интриги для нарушения германо-советских отношений и дает возможность решить национально-политическую проблему по усмотрению Германии. Против этого можно возразить, что таким образом СССР освобождается от международной польской проблемы. Риббентроп просил Гитлера до 12.00 германского времени 28 сентября сообщить ему о предпочтительном варианте, иначе он будет вынужден решать сам338 .

На следующий день с 15 до 18.30 была проведена вторая беседа в Кремле, в ходе которой выяснилось, что Гитлер в целом одобрил второй вариант решения территориального вопроса. После этого с 24.00 до 5.00 29 сентября велось конкретное обсуждение линии проведения границы. Советская сторона отказалась от территории в междуречье Нарева и Буга восточнее линии Остров - Остроленка, а германская чуть передвинула границу на север в районе Равы-Русской и Любачува. Долгая дискуссия вокруг Перемышля не привела к каким-либо результатам, и город остался разделенным на две части по р. Сан. В итоге была согласована "граница между обоюдными государственными интересами на территории бывшего Польского государства", которая закреплялась в германо-советском договоре о дружбе и границе (ст. 1). Эта граница признавалась окончательной, и отвергалось вмешательство третьих держав в это решение (ст. 2); стороны должны были заняться государственным переустройством присоединенных территорий (ст. 3) и рассматривали это переустройство как "надежный фундамент для дальнейшего развития дружественных отношений между своими народами" (ст. 4)339 .