Группа армий «Юг», продолжая операцию по уничтожению польских войск между Саном и Вислой, получила задачу своей правофланговой 14-й армией нанести удар на Люблин-Холмском направлении и наступать на соединение с войсками группы армий «Север». В то же время правое крыло 14-й армии форсировало Сан и начало наступление на Львов. 10-я немецкая армия продолжала
наступать на Варшаву с юга. 8-я армия вела наступление на Варшаву на центральном направлении, через Лодзь.
Таким образом, и на втором этапе польские войска почти на всех участках фронта были вынуждены отступать. Тем не менее, несмотря на отход значительной части польских войск на восток, за Вислу, на западе еще продолжались упорные бои. 9 сентября специально созданная группа в составе трех польских дивизий нанесла из района Кутно внезапный контрудар по открытому флангу 8-й немецкой армии. Впервые с начала войны поляки имели успех. Форсировав реку Бзура, наступавшие создали угрозу немецким тыловым коммуникациям и резервам. По свидетельству генерала Манштейна, «обстановка для немецких войск в этом районе приняла характер кризиса». Но контрудар польской группировки на Бзуре не оказал решающего влияния на исход сражения. Не испытывая затруднений на других участках фронта, немецкое командование сумело быстро осуществить перегруппировку войск и нанести концентрические удары по наступающей польской группировке, которая была окружена и в конечном итоге разгромлена.
Тем временем упорные бои развернулись в северных пригородах польской столицы, куда 10 сентября вышли соединения 3-й немецкой армии. Танковый корпус Гудериана вел наступление восточнее Варшавы в южном направлении и 15 сентября вышел к Бресту. К югу от Варшавы части 10-й армии 13 сентября закончили разгром окруженной польской группировки в районе Радома. 15 сентября немецкие войска, действовавшие за Вислой, взяли Люблин. 16 сентября соединения 3-й армии, наступающие с севера, соединились в районе Влодавы с частями 10-й армии. Таким образом, группы армий «Север» и «Юг» соединились за Вислой, и кольцо окружения польских сил восточнее Варшавы окончательно сомкнулось. Немецкие войска вышли на линию Львов Владимир-Волынский Брест Белосток. Так закончился второй этап боевых действий в Польше. На этом этапе организованное сопротивление польской армии фактически завершилось.
16 сентября польское правительстве бежало в Румынию, не разделив со своим народом тяжесть борьбы и горечь поражений. На третьем этапе борьбу вели лишь отдельные очаги сопротивления. Отчаянная оборона Варшавы, которая длилась до 28 сентября, стала агонией Польши, брошенной собственным правительством на произвол судьбы в тяжелый час испытаний. С 22 по 27 сентября немцы вели обстрел и бомбардировки города. В них участвовало 1150 самолетов люфтваффе. Это был первый пример массовой бомбардировки жилого города. В результате число погибших в городе мирных жителей в 5 раз превысило число убитых во время его обороны.
Последнее крупное соединение польских войск сложило оружие под Коцком 5 октября. Быстрота действий немецкой армии, ее современное вооружение, фактор внезапности и отсутствие фронта на западе способствовали разгрому Польши в течение месяца.
После вторжения в Польшу немцы неоднократно предлагали Советскому Союзу вмешаться в начавшийся конфликт для занятия своей сферы влияния, обусловленной секретным протоколом к Пакту от 23 августа. Однако советское руководство заняло выжидательную позицию. И лишь когда стало достаточно очевидно, что немцы сокрушили польскую армию, а реальной помощи от союзников Польши Англии и Франции не предвидится, сосредоточенная у западных границ СССР мощная советская группировка получила приказ перейти к решительным действиям. Так начался Польский поход Красной Армии.
После того как польское правительство покинуло свою страну и бежало в Румынию, Красная Армия 17 сентября перешла советско-польскую границу. Этот акт был мотивирован советской стороной необходимостью защиты белорусского и украинского народов в условиях крушения польского государства, безвластия и разразившейся войны .
Послав войска в восточные районы Польши, советское руководство ставило цель ликвидации последствий Рижского договора 1921 года, возврата территорий, захваченных польской армией в ходе войны против Советской России 1920 года, и воссоединения разделенных народов (украинцев и белорусов). В походе участвовали Белорусский (командарм 2-го ранга М. П. Ковалев) и Украинский (командарм 1-го ранга С. К. Тимошенко) фронты. Их численность к началу операции составляла свыше 617 тыс. человек.
Вмешательство СССР лишило поляков последней надежды организовать оборону на востоке. Оно оказалось для польских властей полной неожиданностью. Поляки оказали упорное сопротивление лишь в отдельных местах (Сарненский укрепрайон, Тарнопольский и Пинский районы, г. Гродно). Это точечное сопротивление (в основном частей жандармерии и военных