3 września komisarz obrony Klimient Woroszyłow wydał rozkaz o podwyższeniu gotowości bojowej w okręgach wojskowych, które miały wziąć bezpośredni udział w ataku na Polskę, oraz rozkaz o rozpoczęciu tajnej mobilizacji. Do działań przeciwko państwu polskiemu przeznaczono dwa fronty: Białoruski - komandarma Michaiła Kowalowa i Ukraiński komandarma Siemiona Timoszenki. W sumie liczyły one co najmniej 620 000 żołnierzy, ponad 4700 czołgów i 3300 samolotów. Po stronie polskiej granicy z ZSRS, liczącej ponad 1400 km, strzegły jedynie przerzedzone oddziały Korpusu Ochrony Pogranicza.

Integralną częścią zawartego wówczas sowiecko-niemieckiego paktu o nieagresji, był tajny protokół dodatkowy. Jego drugi punkt, dotyczący bezpośrednio Polski, brzmiał następująco: "W wypadku terytorialnych i politycznych przekształceń na terenach należących do Państwa Polskiego granica stref interesów Niemiec i ZSRS przebiegać będzie w przybliżeniu po linii rzek Narwi, Wisły i Sanu. Kwestia, czy w obopólnym interesie będzie pożądane utrzymanie niezależnego Państwa Polskiego i jakie będą granice tego państwa, będzie mogła być ostatecznie wyjaśniona tylko w toku dalszych wydarzeń politycznych. W każdym razie oba rządy rozstrzygną tę kwestię na drodze przyjaznego porozumienia".

Informacja na temat wspomnianego tajnego protokołu nie dotarła do Polski, pomimo tego, iż przywódcy alianccy dysponowali wiedzą na jego temat. Oceniając sojusz dwóch totalitarnych mocarstw prof. Andrzej Garlicki pisał: "Pakt Ribbentrop-Mołotow nazywa się często IV rozbiorem Polski.

Uzasadniając wkroczenie Armii Czerwonej na teren Rzeczypospolitej Polskiej stwierdzano: "Rząd sowiecki nie może pozostać obojętny na fakt, że zamieszkująca terytorium Polski pobratymcza ludność ukraińska i białoruska, pozostawiona własnemu losowi, stała się bezbronna. Wobec powyższych okoliczności Rząd Sowiecki polecił Naczelnemu Dowództwu Armii Czerwonej, aby nakazało wojskom przekroczyć granicę i wziąć pod swoją opiekę życie i mienie ludności Zachodniej Ukrainy i Zachodniej Białorusi. Rząd sowiecki zamierza równocześnie podjąć wszelkie środki mające na celu wywikłanie narodu polskiego z nieszczęsnej wojny, w którą wepchnęli go nierozumni przywódcy i umożliwienie mu zażycia pokojowej egzystencji".

Ambasador Grzybowski zdecydowanie odmówił przyjęcia sowieckiej noty. W tym samym czasie Armia Czerwona rozpoczęła napaść na Polskę. Od godz. 3 do godz. 6 rano jej wojska przekroczyły na całej długości wschodnią granicę z Polską.

Przedstawiając plan sowieckiego ataku prof. Wojciech Materski pisał: "Rozkaz jak najszybszego uchwycenia ważnych obiektów militarnych w głębi polskiej obrony poprzez skoncentrowane uderzenia rozcinające wykonywać miały wydzielone spośród wszystkich armii tzw. grupy ruchome (uderzeniowe). Trzy grupy ruchome Frontu Białoruskiego (dzierżyńska, mińska i połocka) otrzymały zadanie opanowania Wilna (poprzez Święciany i Michaliszki), Grodna i Białegostoku (poprzez Wołkowysk). Cztery grupy ruchome Frontu Ukraińskiego (15 korpus, szepietowska, wołoczyska i kamieniecko-podolska), po uchwyceniu w ciągu pierwszych trzech dni agresji rubieży Kowel-Włodzimierz Wołyński-Sokal, miały wyjść na linię rzeki San. Za nimi postępować miały podporządkowane operacyjnie na czas kampanii dowództwu Armii Czerwonej pograniczne oddziały NKWD, likwidując według wcześniej przygotowanych list osoby uznane za elementy antysowieckie, mogące utrudnić trwałe umocnienie się na zdobytych terenach. Rozbite polskie linie obrony miały być atakowane frontalnie przez podstawowe siły obu frontów". (W. Materski "Tarcza Europy. Stosunki polsko-sowieckie 1918-1939")

Łącznie siły Armii Czerwonej skierowane w trzech rzutach przeciwko Rzeczypospolitej wynosiły ok. 1,5 miliona żołnierzy, ponad 6 tys. czołgów i ok. 1800 samolotów. Cytowany powyżej prof. Materski zwracał dodatkowo uwagę na fakt, iż: "Uderzenie dwu frontów sowieckich zostało poprzedzone czterodniowymi intensywnymi działaniami grup sabotażowo-dywersyjnych, które były organizowane na polskich Kresach Wschodnich przez wywiad sowiecki, komunistów i miejscowych nacjonalistów. Działania te okazały się rozleglejsze i skuteczniejsze niż akcja V kolumny poprzedzająca agresję niemiecką".