На Украинском фронте войска 5-й армии, возобновив продвижение с 23 сентября, сломили сопротивление польских частей на р. Западный Буг у Холма и 30 сентября были остановлены на линии Пугачув - Пяски - Пиотркув Кржемень - Билгорай. Войска 6-й армии, возобновившие с 25 сентября продвижение на запад, к исходу 26 сентября вышли на фронт Рава-Русская Немиров - Яворов - Рудки. К 28 сентября войска армии вышли на среднее течение р. Сан от Билгорая до Перемышля. 24 сентября войска 12-й армии начали продвижение на запад, приняв у немцев Дрогобыч. 26 сентября передовой отряд 16-й кавдивизии прибыл на станцию Бескид, занятую, как оказалось, 23 сентября венгерскими войсками. Попытка контакта с венграми вызвала с их стороны обстрел из ручного оружия. Ответный артиллерийский огонь советских бронемашин привел к прекращению стрельбы и отходу венгерских солдат в железнодорожный туннель на границе. По сведениям местных жителей, туннель был минирован; ситуация на этом участке границы с Венгрией была нормализована после переговоров335 . 27 сентября 4-й кавкорпус и 26-я танковая бригада вели бои с поляками у Журавинец. 28 сентября 5-й кавкорпус вышел к верховьям р. Сан и на границу с Венгрией.

Тем временем 23 сентября Риббентроп сообщил в Москву о готовности прибыть на переговоры и запросил удобное для этого время. Советское правительство предложило 27-28 сентября, и, учитывая настроения правящих кругов Англии и Франции относительно "линии Керзона", уже вечером 25 сентября Сталин и Молотов передали Шуленбургу предложение обсудить на будущих переговорах передачу в советскую сферу интересов Литву, а взамен они были готовы отказаться от части Варшавского и Люблинского воеводств до Буга. Сталин сказал, что если немцы согласны на это, то "СССР немедленно возьмется за решение проблемы прибалтийских государств, в соответствии с протоколом от 23 августа, и ожидает в этом деле полную поддержку со стороны германского правительства"336 .

В 18.00 27 сентября в Москву прибыл Риббентроп. Первая беседа с Молотовым проходила с 22.00 до 1.00 в присутствии Сталина, Шуленбурга и Шкварцева. В ходе переговоров по вопросу окончательного начертания границы на территории Польши Риббентроп, ссылаясь на то, что Польша была "полностью разбита немецкими вооруженными силами", стремился сохранить за Германией районы нефтедобычи в верховьях р. Сан и лесные массивы у Августова и Белостока. Сославшись на опасность разделения польского населения, что могло породить волнения и создать угрозу обеим государствам, Сталин предложил оставить территорию этнографической Польши в руках Германии. Относительно германских пожеланий об изменении линии государственных интересов на юге и севере, Сталин, отведя их, предложил в качестве компенсации поставлять Германии до 500 тыс. тонн нефти в обмен на поставки угля и стальных труб. В итоге территориальный вопрос свелся к двум вариантам. Согласно первому, все оставалось как было решено 23 августа. Согласно второму, Германия уступала Литву и получала за это области восточнее Вислы до Буга и Сувалки без Августова. Кроме того, Риббентроп настаивал на передаче Германии части территории Литвы в районе Мариамполь337 .

Докладывая в Берлин о результатах переговоров, Риббентроп, оценив варианты решения территориального вопроса, отмечал, что не может определить, какой из них более выгоден Германии. За первый вариант говорит, по его мнению, то, что, "имея в руках Литву, мы расширим на северо-востоке немецкую колонизационную зону". Против этого говорит то, что раздел польского населения может создать возможность трений между Германией и СССР. За второй вариант говорит то, что присоединение всего польского населения исключает политические интриги для нарушения германо-советских отношений и дает возможность решить национально-политическую проблему по усмотрению Германии. Против этого можно возразить, что таким образом СССР освобождается от международной польской проблемы. Риббентроп просил Гитлера до 12.00 германского времени 28 сентября сообщить ему о предпочтительном варианте, иначе он будет вынужден решать сам338 .

На следующий день с 15 до 18.30 была проведена вторая беседа в Кремле, в ходе которой выяснилось, что Гитлер в целом одобрил второй вариант решения территориального вопроса. После этого с 24.00 до 5.00 29 сентября велось конкретное обсуждение линии проведения границы. Советская сторона отказалась от территории в междуречье Нарева и Буга восточнее линии Остров - Остроленка, а германская чуть передвинула границу на север в районе Равы-Русской и Любачува. Долгая дискуссия вокруг Перемышля не привела к каким-либо результатам, и город остался разделенным на две части по р. Сан. В итоге была согласована "граница между обоюдными государственными интересами на территории бывшего Польского государства", которая закреплялась в германо-советском договоре о дружбе и границе (ст. 1). Эта граница признавалась окончательной, и отвергалось вмешательство третьих держав в это решение (ст. 2); стороны должны были заняться государственным переустройством присоединенных территорий (ст. 3) и рассматривали это переустройство как "надежный фундамент для дальнейшего развития дружественных отношений между своими народами" (ст. 4)339 .

Кроме договора были подписаны конфиденциальный протокол о переселении немцев, проживающих в сфере советских интересов, в Германию, а украинцев и белорусов, проживающих в сфере германских интересов, в СССР, и два секретных дополнительных протокола. В одном из них стороны брали на себя обязательства не допускать "никакой польской агитации" и сотрудничать в деле пресечения подобной агитации. В соответствии с другим протоколом, Литва отходила в сферу интересов СССР в обмен на Люблинское и часть Варшавского воеводства, передававшихся Германии. После же принятия советским правительством мер по обеспечению своих интересов в Литве часть литовской территории на юго-западе страны должна была отойти к Германии340 . Позднее, 4 октября, в Москве был подписан протокол с описанием границы от р. Игорка до Ужокского перевала341 , содержание которого было 5 октября доведено до сведения войск Белорусского и Украинского фронтов телеграммой начальника Генштаба № 090342 . Советский Союз получил территорию в 196 тыс. кв. км (50,4% территории Польши) с населением около 13 млн человек.

28 сентября оба правительства сделали совместное заявление: "После того как Германское Правительство и Правительство СССР подписанным сегодня договором окончательно урегулировали вопросы, возникшие в результате распада Польского государства, и тем самым создали прочный фундамент для длительного мира в Восточной Европе, они в обоюдном согласии выражают мнение, что ликвидация настоящей войны между Германией, с одной стороны, и Англией и Францией, с другой стороны, отвечала бы интересам всех народов. Поэтому оба Правительства направят свои общие усилия, в случае нужды в согласии с другими дружественными державами, чтобы возможно скорее достигнуть этой цели. Если, однако, эти усилия обоих Правительств останутся безуспешными, то таким образом будет установлен факт, что Англия и Франция несут ответственность за продолжение войны, причем в случае продолжения войны Правительства Германии и СССР будут консультироваться друг с другом о необходимых мерах"343 . Германское руководство стремилось этим заявлением продемонстрировать советско-германскую "дружбу", оказать давление на Англию и Францию и принудить их прекратить войну, хотя было ясно, что консультации никого ни к чему не обязывают. Кроме того, Риббентроп и Молотов обменялись письмами по экономическим вопросам344 . В 12.40 29 сентября Риббентроп вылетел в Берлин.

В новейшей отечественной историографии советско-германский договор от 28 сентября 1939 г. оценивается, как правило, резко критически. По мнению ряда авторов, поскольку договор был заключен с воюющей страной, СССР отошел от нейтралитета и стал на путь сотрудничества с Германией345 . Другие отмечают, что, заключив пакт о ненападении в преддверии германо-польской войны, СССР поддержал агрессивные устремления Германии и вовсе не был нейтрален, а оказывал содействие Германии, помогая ей разгромить Польшу346 . В литературе советское руководство осуждается за нарушение международного права, выразившееся в установлении советско-германской границы в Польше без ее согласия (!?), изменении территории Литвы без ее уведомления, планировании совместных антипольских акций и договоренности о насильственном переселении населения Польши347 . В качестве положительных последствий договора многие авторы называют установление границы по "линии Керзона", получение СССР Западной Украины и Западной Белоруссии, свободы рук в Прибалтике и создание предела германской экспансии на Востоке Европы348 . Тем не менее в историографии превалирует мнение, что договор от 28 сентября 1939 г.
– это политическая ошибка. Более того, А.Д. Богатуров считает, что теперь "союз между Москвой и Берлином был оформлен полномасштабным межгосударственным договором"349 . М.И. Семиряга полагает, что СССР фактически вступил в военно-политический союз с Германией, а по мнению А.М. Некрича, советско-германские отношения с сентября 1939 г. до ноября 1940 г. представляли собой "как бы незавершенный военно-политический союз"350 .