Рано вранці 17 вересня 1939 року, діючи у згоді з Вермахтом, який вже взяв у щільну облогу Варшаву, захопив Білосток, Брест та підступав до Львова, Червона армія перейшла східний польський кордон по усій його довжині від Полоцька до Кам'янця-Подільського. Як було вказано у ноті радянського уряду, врученій польському послу у Москві Вацлаву Гжибовську за годину до радянського вторгнення, «внутрішня неспроможність Польської держави», уряд якої «розпався і не проявляє ознак життя», спонукає СРСР «взяти під свій захист життя і майно населення Західної України та Західної Білорусії».
Зважаючи на численну перевагу у живій силі і бойовій техніці, шість радянських армій Білоруського (БОВО) і Київського особливих воєних округів (КОВО), практично не зустрічаючи опору, до кінця дня зайняли Новогрудок, Барановичі, Рівне, Чортків, Тернопіль і Коломию, заглибившись у польський тил в середньому на 70-100 км.
Надвечір, закликавши співгромадян по радіо «зберігати твердість духу і мужність у боротьбі з бездушними варварами», з Косова (нині Івано-Франківська область України) через Кути «на територію одного з наших союзників» разом з урядом евакуювався президент Ігнацій Мосцицький, а у ніч проти 18 вересня, попередньо віддавши наказ військам «здійснити відхід в Румунію і Угорщину найкоротшими шляхами» і чинити опір радянським військам лише в разі спроби роззброєння частин, — верховний головнокомандувач маршал Едвард Ридз-Смігли. До ранку біля 70 тисяч польськик військовслужбовців перейшло кордон з Румунією і Угорщиною, де вони були інтерновані, як і їх президент та головнокомандувач.
До кінця наступного дня Червоною армією були зайняті Луцьк і Станіслав, 19 вересня — Вільно, Ліда і Володимир-Волинський, 21 вересня — Калуш і румунсько-угорське покордоння, наступного дня, після тривалих дипломатичних переговорів, які завершились наказом Адольфа Гітлера про відведення німецьких військ далеко на захід згідно з обумовленої пактом Молотва-Рібентропа лінії розмежування, — Гродно, Білосток, Брест, Борислав та Сарни.
Після капітуляції 22 вересня польського гарнізону Львова радянське керівництво почало підготовку юридичного оформлення нового статусу захоплених територій, де з перших днів серед місцевого населення велась активна прорадянська агітаційна кампанія. 26 вересня на засіданні політбюро ЦК ВКП(б) під головуванням Йосифа Сталіна був затверджений план першочергових заходів, який серед іншого передбачав проведення виборів до т. зв. Народних зборів, що мали легалізувати прийняте рішення про приєднання анексованих територій.
У загальних рисах новий кордон між Третім рейхом і СРСР був означений 28 вересня, коли Червона армія вийшла на запланований пактом Молотова-Рібентропа рубіж Буг — Сян, того ж дня підписаним у Москві «Договором про дружбу і кордон», і деталізовані 2 жовтня на нараді представників командування двох країн. Останні формальнощі сторони узгодили підписаним у Москві 4 жовтня протоколом, що містив детальний опис лінії розмежування. Вона пролягла по східних берегах рік Піса, Нарев, Буг до устя Солокії і Сян аж до його витока біля Ужоцького перевалу у Бескидах. Розпочате наступного дня розведення військ завершилось 16 жовтня взяттям нового кордону під охорону військами НКВС.
Тим часом нова влада, яку на місцях представляли воєводські, повітові й міські тимчасові управління, що діяли за участю уповноважених ЦК КП(б)У під пильним контролем військових та НКВС, вели підготовку до виборів, призначених на західно-українських територіях Воєнрадою КОВО на 22-23 жовтня. Жителям пропонувався єдиний список з числа 1495 «комуністів та безпартійних», які отримали, за офіційними даними, підтримку 90,4% виборців при загальній явці 92,8%.
27 жовтня Народні збори Західної України, які проходили у приміщенні Великого міського театру Львова, одностайно ухвалили «Декларацію про встановлення на Західній Україні радянської влади і про возз'єднання з УРСР». Через чотири дні вона була оголошена на скликаній з цієї нагоди у Москві позачерговій V сесії Верховної Ради СРСР, яка, заслухавши заяву Повноважної комісії Народних зборів, 1 листопада 1939 року ухвалила закон «Про включення Західної України до складу СРСР і возз'єднання її з УРСР». На його підставі 14 листопада Верховна Рада радянської України одностайно ухвалила закон «Про прийняття до складу УРСР Західної України».
Далі, формально — на вимогу Народних зборів, швидкими темпами пішов процес радянізації регіону. 3 грудня ВР СРСР прийняла постанову «Про націоналізацію промислових підприємств і установ на території Західної України та Західної Білорусі», наступного дня ліквідувала старий адміністративно-територіальний устрій і створила шість нових областей — Волинську, Дрогобицьку, Львівську, Рівненську, Станіславську і Тарнопільську загальною площею 88 тис. км кв. з населенням 7,8 млн. осіб, з яких понад 5 млн становили етнічні українці,
У результаті проведених заходів на Західній Україні було націоналізовано 2,5 тисяч промислових підприємств і конфісковано 2,7 млн гектарів землі, з яких 1,1 млн було передано селянам, а рештувикористано для створення радгоспів і колгоспів.
До середини 1940 року, коли у західно-українських областях у повній мірі запрацювали відділення Держбанку СРСР, було остаточно ліквідовано стару банківсько-фінансову систему.