Гітлерівський задум ведення війни проти Польщі був відомий радянській стороні. Узгодження спільних воєнних дій проти Польської держави здійснювалося під час підготовки та підписання 23 серпня 1939 року «пакту Ріббентропа – Молотова». Відповідно до домовленостей, зафіксованих у таємних протоколах, встановлювалася демаркаційна лінія, яка розмежовувала райони проведення воєнних операцій вермахту та Червоної армії. До зони інтересів СРСР входили етнічні землі Західної України та Західної Білорусії.
З 11 вересня 1939 року відповідно до директиви наркома оборони СРСР були сформовані управління Українського і Білоруського фронтів під командуванням командарма 1-го рангу С. Тимошенка та командарма 2-го рангу М. Ковальова відповідно.
До складу керівництва Українським фронтом були призначені: начальник штабу – комдив М. Ватутін, члени Військової Ради – корпусний комісар В. Борисов і перший секретар ЦК КП(б)У М. Хрущов.
Армії з силами та засобами підсилення складали армійські групи: Шепетівську, Волочиську та Кам’янець-Подільську.
Штаб фронту розташовувався у місті Проскурів.
Армійським групам були визначені такі завдання: Шепетівській групі наступати в напрямі Рівне, Луцьк і на кінець другого дня захопити Луцьк; Волочиська група націлювалась на Тернопіль, Львів і наприкінці 18 вересня мала вийти на підступи до столиці Східної Галичини, оволодівши Перемишлянами та Буськом; Подільська армійська група на другий день операції повинна була оволодіти Станіславом і перекрити шлях відступу польських військ до Румунії.
Безпосередньо угруповання військ Українського фронту нараховувало 238 978 осіб. Чисельність радянських військ на західноукраїнських і західнобілоруських теренах швидко зростала – у жовтні 1939 р. на двох фронтах нараховувалось 2 421 300 осіб. На озброєнні радянських військ у цей час було 5 467 середніх і важких гармат, 6 636 танків.
Червоній армії протистояла частина сил Карпатської армії Польщі, на яку, крім інших завдань, покладалась оборона Львова. 80 % цих військ становили погано озброєні та ненавчені резервісти. До польської армії входили й мобілізовані з початком німецько-польської війни понад 150 тис. західних українців.
Головнокомандувач польської армії Е. Ридз-Смігли після оточення гітлерівцями Варшави віддав наказ про загальний відступ у південно-східному напрямі та перехід румунського й угорського кордонів і розпорядився не вступати в бої з більшовиками, за винятком випадків їх нападу.
Радянська розвідка доповідала про значні переміщення розбитих польських частин до кордонів Румунії.
Український фронт 14 вересня отримав директиву за підписом наркома оборони СРСР маршала К. Є. Ворошилова на участь у воєнній кампанії проти Польщі, яка вимагала від військ фронту до кінця 16 вересня завершити приготування, а 17 вересня о 5-й годині ранку перейти державний кордон.
Найбільш широким фронтом – 230 кілометрів – наступала Шепетівська армійська група, яка включала 15-й і 8-й стрілецькі корпуси. Своїм лівим флангом вона 18 вересня захопила м. Рівне і просувалась у напрямі Володимир-Волинського, а правим вела наступ на м. Ковель.
Після невеликої затримки радянські війська, зламавши оборону поляків на річці Західний Буг поблизу Холма (Хелму), 25 вересня здобули це стародавнє місто і 30 вересня вийшли в етнічні польські регіони.
Волочиська група 19 вересня підійшла до Львова, де зустрілися з німецькими військами, які блокували в місті 15-тисячний польський гарнізон на чолі з генералом В. Лянгером. Так, 19 вересня німецька артилерійська частина відкрила вогонь по радянській танковій бригаді. Після переговорів між радянським і німецьким командуванням частини вермахту відійшли з цього району, поступившись містом Червоній армії.
22 вересня 1939 р. після переговорів між радянським командуванням і польським гарнізоном Львова поляки погодилися капітулювати на почесних умовах (гарантія особистої недоторканості, збереження особистого майна, можливість подальшого виїзду за кордон і т. ін.).
З 25 вересня 1939 р. 6-та армія Українського фронту продовжувала просуватися на захід, 28 вересня вона досягла річки Сян на відтинку між Білгораєм та Перемишлем.
На першому етапі операції, 17–20 вересня 1939 року, радянська армія здобула Коломию, вела бої біля Галича і оволоділа містом Станіслав (тепер Івано-Франківськ), дійшла до річки Стрий, де зустрілася з німецькими військами. На другому етапі операції група повністю перекрила державні кордони Польщі з Румунією та Угорщиною для польських військ, що відступали, а також розпочала прийом від вермахту захоплених ним українських міст.
До 25–28 вересня війська Українського та Білоруського фронтів досягли призначених їм рубежів по річках Західний Буг, Сян та інших, зайнявши територію площею 195 тис. кв. км з населенням майже 13 млн. осіб. У наказі наркома оборони СРСР від 7 листопада 1939 року за № 199 відзначалося, що навальним натиском частини Червоної армії розгромили польські війська і в короткий термін виконали свій обов’язок.
На честь перемог над Польщею у кількох містах (Бресті, Гродно та ін.) були проведені радянсько-німецькі військові паради. Воєнні дії Червоної армії у Західній Україні та Західній Білорусії тривали 12 днів.
Безпосередньо втрати Українського фронту сягали 2713 осіб, в тому числі 972 безповоротних та 1741 санітарних.
