В 5 часов 40 минут утра 17 сентября 1939 г. Войска Красной Армии перешли границу польского государства и начали поход в Западную Беларусь. Один из немецких генералов отмечал, что многие представители германского военного командования неоднозначно относились к введению советских войск. «Участники совещания (17 сентября), - писал он, - были крайне раздосадованы тем, что предпринятые советским правительством меры могут помешать осуществлению задуманного ими плана, предусматривающего выход к границам СССР. Они обсуждали вопрос, не следует ли немедленно напасть на Советский Союз». Войскам Красной Армии запрещалось подвергать авиационной и артиллерийской бомбардировке населенные пункты и польские войска, не оказывающие сопротивления. Особое внимание обращалось на необходимость охраны жизни и имущества всех украинских и белорусских граждан, тактичного и лояльного отношения к польскому населению, польским государственным служащим и военнослужащим, не оказывающим вооруженного сопротивления. Польским беженцам из западных регионов Польши предоставлялось право двигаться беспрепятственно и самим организовывать охрану стоянок и населенных пунктов.
К исходу первого дня операции на фронте 3-й армии 25-я танковая бригада вышла в район Глубокое, а 24-я кавалерийская дивизия и 22-я танковая бригада - в район Дуниловичи- Зарежье. Несмотря на трудности со снабжением войск из-за неразвернутых тыловых частей, с утра 18 сентября войска армии продолжили наступление, и к исходу дня заняли Свентяны, а 25-я танковая бригада достигла района Годутишек, а 27-я стрелковая дивизия вышла в район озер Мядель и Нарочь.
Южнее войска 11-й армии 17 сентября продвинулись до Воложина и Константинова, подошли к Красному и заняли Молодечно. 18 сентября 7-я кавалерийская дивизия достигла Гольшан, а 36-а кавалерийская дивизия - района Ошмяны - Курмеляны. 16-й стрелковый корпус находился в районе Глинка - Крево - Вейнюны, а 6-я танковая бригада подошла с юга к Вильнюсу и завязала бои на окраине города с польскими частями и городскими ополченцами. С утра 19 сентября частями 3-й армии подошли к Вильно (Вильносу) с запада и вместе с 6-й танковой бригадой и передовыми частями 3-го кавалерийского корпуса 11-й армии штурмом овладели городом. Захватили так же и Пружаны. Части 11-й армии потеряли 13 человек убитыми и 24 человека ранеными. Стрелковые дивизии 3-й армии вслед за подвижными частями продвигались к линии латвийской и литовской границ. 19 сентября мотомеханизированная группа 16-го стрелкового корпуса 11-й армии заняла Лиду.
К исходу 17 сентября 6-й кавалерийский корпус форсировал р. Уша, а 5-й стрелковый корпус вышел на линию железной дороги Барановичи - Столбцы. Передовой отряд 11-й кавалерийской дивизии занял Новогрудок, а 15-й танковый корпус занял Слоним и продвинулся на 10-15 км западнее города, а 5-й стрелковый корпус вышел на р. Молчадь. 6-й кавалерийский корпус, форсировав р. Щара, выдвинулся в сторону Волковыска и 20 сентября совместно с 15-м танковым корпусом овладел городом. Затем танковые бригады и 4-я кавалерийская дивизия взяли курс на гродненское направление. В Гродно разгорелись бои с польскими частями и ополченцами, продолжавшиеся весь день 21 сентября. Гродно было освобождено. Тем временем 2-я танковая бригада заняла Соколку, а её передовой отряд, обойдя Гродно, выдвинулся на Августов. 11-я кавалерийская дивизия и 5-й стрелковый корпус продвигались на запад и юго-запад от Волковыска. К 17 сентября 29-я танковая бригада 4-й армии заняла Барановичи, а 8-я стрелковая дивизия продвинулась до Снова. 17 сентября 1939 г. Барановичи были освобождены. К исходу 18 сентября 29-я и 32-я танковые бригады вышли на р. Щара южнее Слонима, а 8-я стрелковая дивизия выдвинулась за Барановичи. Вечером 19 сентября 29-я танковая бригада вошла в Пружаны. Пружаны были освобождены. А 32-я танковая бригада - в Миньки на шоссе Барановичи - Брест. В это время 8-я стрелковая дивизия достигла р. Щара, а подошедшая 143-я стрелковая дивизия совершала марш южнее Барановичей. 20 сентября расположение частей выглядело следующим образом: 29-я танковая бригада находилась западнее Пружан, а 32-я танковая бригада - в Кобрине, 8-я стрелковая дивизия - в Ружанах, 143-я стрелковая дивизия - в Иванцевичах.
сентября границу перешли войска 10-й армии, которые к исходу дня достигли рек Неман и Уша. Продолжая медленное продвижение во втором эшелоне Белорусского фронта, войска армии к исходу 20 сентября вышли на рубеж Новогрудок - Городище. Войска 23-го стрелкового корпуса перешли границу и 20 сентября продвинулись западнее Лунинца. 21 сентября был освобожден Пинск.
С рассветом 23 сентября советские войска должны были начать выдвижение на новую демаркационную линию. Отход соединений вермахта на запад должен был начаться на сутки раньше. При совершении маршей между советскими и немецкими войсками предполагалось сохранение дистанции в 25 километров.
Однако в Белосток и Брест советские войска вошли на сутки раньше, исполняя указание воспрепятствовать вывозу из этих городов немцами «военной добычи» - попросту, предотвратить разграбление Белостока и Бреста. В первой половине дня 22 сентября передовой отряд 6-го кавалерийского корпуса (120 казаков) вошел в Белосток, чтобы принять его от немцев. Вот как описывает эти события командир кавалерийского отряда полковник И.А. Плиев: «Когда наши казаки прибыли в город, случилось то, чего гитлеровцы больше всего боялись и чего пытались избежать: тысячи горожан высыпали на безлюдные доселе улицы и устроили красноармейцам восторженную овацию. Немецкое командование наблюдало всю эту картину с нескрываемым раздражением - контраст со встречей вермахта был разительный. Опасаясь, что дальнейшее развитие событий примет нежелательный для них оборот, немецкие части поспешили покинуть Белосток задолго до наступления вечера - уже в 16.00 прибывший в Белосток комкор Андрей Иванович Еременко не застал никого из германского командования».
К 25 сентября 1939 года войска Белорусского фронта вышли на демаркационную линию, где и остановились. 28 сентября с капитуляцией остатков польских войск, располагавшихся в Августовской пуще, боевые действия Белорусского фронта прекратились.
За 12 суток похода фронт потерял 316 человек убитыми и умершими на этапах санитарной эвакуации, трое человек пропали без вести и 642 были ранены, контужены и обожжены.
Белорусским фронтом командовал командарм 2-го ранга М. П. Ковалев. В составе фронта действовали 3, 4, 10 и 11-я армии, а так же 23-й стрелковый корпус, Дзержинская конно - механизированная группа и Днепровская военная флотилия, насчитывавшие свыше 200 тыс. солдат и офицеров. Им противостояла 45 - тысячная польская группировка, из которой около половины не были вооружены. Наиболее упорное сопротивление было под Гродно, где 15-й советский танковый корпус потерял до 16 танков, было убито 47 человек и ранено 156 человек. В период с 17 по 30 сентября 1939 г. Потери войск Белорусского фронта составили 996 человек убитыми и 2002 ранеными. Согласно польским источникам, потери советской стороны составили до 10 тыс. человек и около 20 тыс. польских солдат и офицеров. Необходимо подчеркнуть, что в ряде мест Западной Беларуси население не только большой радостью встречало войска Красной Армии, но и активно помогало им. Так в районе Пинска под руководством А. И. Приступо вспыхнуло восстание,которое охватило ряд населенных пунктов. Повстанцы захватили железнодорожные станции Юхновичи и Молотковичи, установили контроль над железнодорожной магистралью Брест - Гомель и шоссе Пинск - Брест и удерживали их на протяжении четырёх дней - до прихода Красной Армии.
Наконец после 20 - летней оккупации, социального и национального угнетения трудящихся западных районов Беларуси и Украины получили возможность воссоединения. Большая часть населения Западной Беларуси - рабочие, крестьяне, ремесленники, интеллигенция - с большой радостью как освободителей и защитников своих национальных интересов встречали войска Красной Армии, как родных братьев цветами и хлебом - солью. В городах и деревнях организовывались массовые митинги, на которых трудящиеся приветствовали своих освободителей. Выступавшие на них выражали нескрываемую радость и восторг, благодарили воинов Красной Армии за освобождение из-под польского угнетения. Массовые митинги и многочисленные собрания прошли в Барановичах, Белостоке, Бресте, Волковыске, Гродно, Глубоком, Лиде, Новогрудке, Столбцах, Слониме, Пинске, где присутствовали десятки тысяч людей. В некоторых местах создавались военно - революционные комитеты. Они организовывали отряды из рабочих и крестьян, которые разоружали полицейских и осадников, брали под охрану железнодорожные мосты, предприятия и другие объекты.
Поход Красной Армии продолжался 12 дней. К концу сентября освободительный поход Красной Армии успешно завершился. Советские войска заняли территорию площадью примерно 190 тыс. км2 с населением около 12 млн. человек, в основном украинцев и белорусов. Западная граница СССР была отодвинута на запад на 200 - 300 км. Она почти совпала с «линией Керзона» (линия перемирия). Советскому Союзу отошли территории, аннексированные Польшей в 1920 г. Они были возвращены в состав Украины и Беларуси. Воссоединение народов Украины и Беларуси явилось актом исторической справедливости.
В Западной Беларуси, куда вошли войска Красной Армии в сентябре 1939 г., около 250 тыс. польских бойцов и офицеров сдали оружие, незначительная часть польских формирований оказала сопротивление советским вооруженным силам. Как свидетельствуют польские источники, в этот период времени произошло около 40 случаев сопротивления пограничных патрулей войскам Красной Армии. Серьёзные бои имели место под Кобрином, Шацком, Гродно, Вильнюсом, Белостоком и Самбором.