7 вересня начальник генерального штабу сухопутних військ Німеччини Франц Гальдер занотував у своєму щоденнику німецькі умови переговорів із Польщею, серед яких було визнання незалежності Західної України. 12 вересня під час наради представників вищого військово-політичного керівництва Німеччини голова Верховного головнокомандування Вермахту Вільгельм Кейтель серед інших варіантів розподілу польських земель запропонував створення незалежної «галицької і польської України» за умови, якщо з цим погодиться Сталін. Українська карта для німців була тільки запасною. Головна мета Гітлера полягала у втягненні Радянського Союзу у війну проти Польщі. Варіант утворення «західноукраїнської держави» був навіть не стільки альтернативою радянській окупації, скільки стимулом для неї. Адже в Берліні добре знали, що Сталін не потерпить жодних незалежних українських держав під боком УРСР.
15 вересня німецьке МЗС поінформувало Москву, що Німеччина практично завершила військовий розгром Польщі. Зазначалося, що Німеччина не має наміру окупувати східні польські території, тому, якщо СРСР не втрутиться, в тих районах можуть виникнути умови для формування нових держав. Сталін розумів, про що йдеться, адже радянська розвідка уважно відстежувала, як повстанці ОУН роззброюють тилові польські підрозділи та встановлюють контроль над селами і містечками Західної України. Цього було вже досить для ухвалення остаточного рішення, і 17 вересня Молотов оголосив, що «радянський уряд віддав розпорядження головному командуванню Червоної армії надати наказ військам перейти кордон і взяти під свій захист життя і майно населення Західної України й Західної Білорусі». Задоволені такою реакцією німці негайно відкликали з фронту «Легіон Сушка» та одразу розформували його.
На момент, коли частини Червоної армії вдерлися на польську територію, Вермахт уже просунувся значно східніше визначеної лінії розмежування сфери інтересів. 17 вересня у німецькому генеральному штабі військам віддали наказ зупинитися на лінії Сколе — Львів — Володимир-Волинський — Брест — Білосток. На схід від цієї лінії мала оперувати Червона армія. Дотримання домовленостей з секретного протоколу вимагали відведення Вермахту на захід від Сяну і Вісли. Спочатку німецька та радянська сторони збиралися дотримуватися серпневих домовленостей. 18 вересня газета «Известия» навіть опублікувала карту з «демаркаційною лінією між німецькою і радянською арміями, встановлену німецьким урядом і урядом СРСР», яка точно повторювала лінію з таємного протоколу 23 серпня.
У 20-х числах вересня маневри Вермахту й Червоної армії в Польщі проводилися таким чином, щоб зупинитися на лінії розподілу сфер інтересів. Зокрема, Червона армія перетнула Західний Буг і почала займати населену українцями Холмщину, а Вермахт почав відступ зі Львівщини. Але 25 вересня Сталін несподівано запропонував німцям змінити проходження лінії розмежування. Радянський вождь висловив готовність поступитися польськими землями між Бугом і Віслою в обмін на Литву. На переговорах у Москві 27 вересня Ріббентроп намагався схилити радянську сторону поступитися також нафтовими районами у верхній течії Сяну (Бориславський басейн) та деякими іншими територіями, зважаючи на те, що Польща була повністю розгромлена німецькими збройними силами. Щодо Надсяння радянський вождь зазначив, що ця територія вже обіцяна українцям і його рука не поворухнеться вимагати від українців такої жертви. Врешті 28 вересня 1939 р. було підписано Договір про дружбу і кордон між СРСР та Німеччиною. На українській ділянці кордон мав проходити по Сяну й Бугу. Про те, що захоплена Червоною армією Холмщина теж може вважатися українською етнічною територією, Сталін не згадав. Відведення Червоної армії за цю лінію відбувалося протягом 5—12 жовтня 1939 р.
Випадково чи ні, але на українській ділянці новий німецько-радянський кордон нагадував «лінію Керзона», скориговану на користь СРСР руслом Сяну. У жовтні-листопаді радянське керівництво провело низку псевдодемократичних і псевдоюридичних процедур, які закріплювали входження окупованих територій до складу Української та Білоруської союзних республік. У постанові Верховної Ради УРСР від 15 листопада 1939 р. анексія східної частини Польщі визначалася як возз’єднання українського та білоруського народів. По той бік кордону 12 жовтня німці створили адміністративну одиницю під назвою «Генерал-губернаторство окупованих польських територій». Улітку 1940 р. з назви Генерал-губернаторства було вилучено згадку про польські території.
Кордон, визначений договором 28 вересня 1939 р., як і «лінія Керзона», яку він так нагадував, не відповідав українській етнографічній межі на заході. Частина українських етнічних земель опинилася на німецькому боці у складі двох дистриктів Генерал-губернаторства: Підляшшя і Холмщина (дистрикт Люблін), лівобережжя Сяну й Лемківщина (дистрикт Краків). Реакція українського населення на такий територіальний розподіл була різною. Частина висловлювала радянофільські настрої і зверталася до Москви з проханням приєднати і їхні землі до СРСР. Інша частина вважала, що «під німцями» буде безпечніше, і втікала з Радянської України.
Боротьба в затінку німецької окупації
Після нападу Німеччини на СРСР та захоплення значної частини українських земель 1941 р. постало питання про організацію окупаційної адміністрації на цих територіях. Спроба ОУН відновити українську державу відповідно до Акту 30 червня 1941 р. гітлерівцями була придушена, і Україну поділили між позбавленими суверенітету колоніальними утвореннями. 1 серпня 1941 р. Східну Галичину приєднали до Генерал-губернаторства як новий, п’ятий за рахунком, дистрикт. При цьому зі складу колишніх Львівської та Дрогобицької областей УРСР до складу дистрикту Краків передали окремі території Надсяння. На схід від Західного Бугу та Збруча було створено рейхскомісаріат «Україна». Генерел-губернаторство та рейхскомісаріат «Україна» розділяли старий «Сокальський кордон» і течія Бугу. Незважаючи на свої назви, жодне з цих утворень жодним чином не асоціювалося з польською чи українською державністю, тому в німецькій окупаційній політиці проблема українсько-польського кордону взагалі не стояла. Протягом Другої світової війни силами, які відстоювали власне бачення кордону в цьому регіоні, були польські та українські повстанці, СРСР, а також еміграційний польський уряд та західні союзники Сталіна.
Після поразки польських збройних сил та німецько-радянської окупації восени 1939 р. Польща не капітулювала; її уряд продовжив боротьбу з території Франції, а потім Великої Британії. У своїх «Тезах закордонної політики» еміграційний уряд зазначав, що «зміна кордонів Польщі після 1939 р. не має юридичних підстав і одночасно є виразом агресивної політики СРСР». Умовою налагодження польсько-радянських дипломатичних відносин визначалося визнання Москвою кордонів, визначених Ризьким мирним договором від 18 березня 1921 р. Під керівництвом еміграційного уряду на окупованих територіях Польщі розвинувся рух опору, метафорично названий «Підпільною державою». Структури польського руху опору з’явилися на Західній Україні вже у період радянської окупації (1939—1941 рр.) і продовжили боротьбу проти німців із 1941 р. Після початку німецько-радянської війни і приєднання СРСР до Антигітлерівської коаліції постала необхідність вирішення проблеми майбутнього польсько-радянського кордону. 23 червня 1941 р. польський еміграційний уряд на чолі з Владиславом Сікорським заявив про необхідність відновлення визначеного Ризьким договором кордону після перемоги над Німеччиною. В умовах військових поразок початкового етапу війни Сталін був схильний до поступок, тому в підписаній із Сікорським угоді 30 липня 1941 р. він визнав утрату чинності радянсько-німецьких угод 1939 р., зокрема в частині територіальних змін у Польщі.
З грудня 1941 р. Сталін уже вимагав від союзників визнання чинним західного кордону СРСР, встановленого разом із німцями у вересні 1939-го. Хоча захист Польщі став приводом для вступу Великої Британії у війну, перемога над Гітлером залежала не від Варшави, а від Москви. Важливість СРСР для перемоги Антигітлерівської коаліції поступово схиляла уряди Союзників до визнання претензій СРСР на території Західної України та Західної Білорусі. Сталін не цурався спекуляцій на тему права західних українців і білорусів на національне самовизначення (звісно, у межах відповідних радянських республік). Крім того, Москва посилалася на британське бачення східного кордону Польщі 1920 р. Як уже зазначалося, ситуативно визначений 1939 р. радянсько-німецький кордон, який Сталін намагався тепер легітимізувати перед Антигітлерівською коаліцією, майже збігався з «лінією Керзона».