17 сентября Красная Армия перешла советско-польскую границу. Белорусский фронт насчитывал более 200 тысяч солдат и офицеров. Ему противостояло 45 тыс. польских солдат и офицеров. Военных действий между польскими и советскими войсками почти не было. Зафиксировано около 40 случаев сопротивления пограничных патрулей, а также бои под Кобрином, Вильно, Сопоцкином. Наиболее упорные бои развернулись под Гродно. Потери Белорусского фронта составили 316 человек убитыми и 642 ранеными.

К 25 сентября Западная Беларусь была полностью занята Красной Армией. Уже 22 сентября генерал Гудериан и комбриг Кривошеин на главной улице Бреста приняли парад германских и советских войск, затем советские войска были отведены за Буг. 28 сентября в Москве был подписан договор между СССР и Германией о дружбе и границах, по которому устанавливалась новая Западная граница Советского Союза по так называемой «линии Керзона». В секретном дополнительном протоколе была зафиксирована договоренность о вхождении территории Литвы в сферу влияния СССР в обмен на Люблинское и часть Варшавского воеводств, которые попадали в сферу влияния Германии. 10 октября 1939 г., по решению правительства СССР, Литве были переданы Вильно и Виленское воеводство, и летом 1940 г. - Свентянский и Гадутишский районы, часть Островецкого, Ошмянского и Свирского районов.

Большинство крестьян, рабочих, ремесленников, интеллигенции Западной Беларуси встречало Красную Армию как освободительницу. 20 сентября ЦК Компартии Беларуси составил списки работников для временных управлений, были подобраны на руководящие должности партийные, советские и хозяйственные кадры. Всего до октября 1940 г. в Белостокскую область было направлено 12396 человек, Брестскую - 5989 человек. Эти люди не знали местного уклада жизни, обычаев, языка, а поэтому не пользовались доверием местного населения. Во всех городах и поветах были созданы временные управления, в деревнях - крестьянские комитеты из местных активистов, представителей Красной Армии и присланных из восточных районов коммунистов и комсомольцев. Они налаживали работу промышленных предприятий, медицинское обслуживание населения, открывали школы.

1 октября 1939 г. Политбюро ЦК ВКП(б) приняло постановление «Вопросы Западной Беларуси и Западной Украины», которым обязывало созвать Украинское и Белорусское Народные собрания. 22 октября 1939 г. в Западной Беларуси были проведены выборы в Народное собрание, в которое было избрано 929 депутатов. 28-30 октября в Белостоке состоялось Народное собрание Западной Беларуси . Оно приняло декларацию об установлении Советской власти на всей территории Западной Беларуси, конфискации помещичьих земель, национализации банков и крупной промышленности. Собрание приняло декларацию о вхождении Западной Беларуси в состав СССР и БССР и избрало полномочную комиссию, которой поручалось передать Верховному Совету СССР и Верховному Совету БССР его решения. 2 ноября 1939 г. сессия Верховного Совета СССР и 12 ноября сессия Верховного Совета БССР приняли законы о включении Западной Беларуси в состав СССР и воссоединении ее с БССР.

В результате этого территория БССР увеличилась с 125,5 тыс. кв. км до 225,7 тыс. кв. км, а численность населения выросла - в 2 раза и составила 10 млн. 200 тыс. человек. В декабре 1939 - январе 1940 гг. было введено новое административно-территориальное деление, созданы Барановичская, Белостокская, Брестская, Вилейская и Пинская области и 101 район. В феврале-марте партийные и комсомольские организации, местные органы власти в Западных областях оказались включенными в сталинскую командно-административную систему, стали ее составной частью. Это отразилось на методах работы и ходе социально-экономических преобразований.
В ноябре-декабре 1939 г. были национализированы не только крупные и средние предприятия, но и часть мелких, что противоречило решениям Народного собрания Западной Беларуси. Обновлялись и реконструировались промышленные предприятия, строились новые фабрики и заводы. К концу 1940 г. в Западных областях БССР действовали 392 промышленных предприятия, на которых было занято около 40 тыс. человек. Объем промышленной продукции по сравнению с 1938 г. вырос в 2 раза. До войны было создано 1115 колхозов, которые объединяли 6,7% хозяйств и 7,8% земли. В отношении кулачества проводилась политика ограничения. Из Западных областей органами НКВД в восточные районы была выселена часть зажиточного крестьянства. Но в большинстве районов выселение не проводилось. В апреле 1941 г. были установлены нормы землепользования в размере 10, 12, 15 га земли в зависимости от местных условий.

В Западных областях была создана советская система социального обеспечения, введено бесплатное медицинское обслуживание населения, открыто много поликлиник, больниц. В 1940-1941 учебном году действовало 5958 общеобразовательных школ, 5 институтов, 25 средних специальных учебных заведений. К началу 1940 г. работало 5 драмтеатров, 100 кинотеатров, 92 Дома культуры, 220 библиотек. Семью белорусских литераторов пополнили П. Пестрак, М. Танк, В. Тавлай и др.

Одновременно с мероприятиями по расширению социальной базы новой власти репрессивный аппарат сталинской диктатуры усиленно «вычищал врагов народа», «искоренял пережитки и инакомыслие среди населения». В конце сентября 1939г. были арестованы, а затем репрессированы ряд белорусских деятелей национально-освободительного движения - А. Луцкевич, В. Богданович, А. Станкевич, И. Позняк и др. Согласно секретному постановлению НКВД СССР из Западной Беларуси выселению подлежали работники лесной охраны и осадники. С февраля 1940 г. по 20 июня 1941 г. было репрессировано более 125 тыс. человек.

В 1939-1941 гг. на территории Западных областей действовали польские подпольные организации «Союз борьбы за независимость Польши», «Союз вооруженной борьбы», «Союз польских патриотов», «Стрельцы» и др. Они вели антисоветскую пропаганду, создавали тайные хранилища оружия.

Воссоединение Западной Беларуси с БССР было актом исторической справедливости. Оно положило конец разделу Беларуси, восстановило ее территориальную целостность, объединило белорусский народ в одну семью. Несмотря на командно-административную систему, Западные области БССР за 1 год и 9 месяцев сделали значительный шаг в социально-экономическом развитии и осуществлении культурных преобразований.