
Проте справжню суть досягнутих домовленостей розкривав додатковий таємний протокол із чотирьох пунктів невеликого обсягу. У ньому розмежовувалися сфери впливу учасників пакту, а запланований ними поділ Центрально-Східної Європи називався територіально-політичною перебудовою. Межа між так званими сферами інтересів Німеччини і СРСР встановлювалася по північному кордону Литви і рікам Нарва, Вісла та Сян. Сторони погодилися відкласти остаточне з’ясування питання, чи є у взаємних інтересах бажаним збереження незалежної Польської держави.
У третьому пункті протоколу підкреслювалася зацікавленість радянської сторони Бесарабією і повна політична незацікавленість нею з боку Німеччини. Четвертий пункт містив зобов’язання обох сторін зберігати зміст протоколу в суворій таємниці. Реалізуючи положення протоколу, німецький уряд одразу висунув територіальні претензії до Польщі, проте польський уряд їх відхилив. Вранці 1 вересня, на дев’ятий день після укладення пакту Молотова-Ріббентропа, німецька армія вторглася на територію Польщі. Це стало початком Другої світової війни.
Того ж дня позачергова сесія Верховної Ради СРСР ухвалила закон про загальний військовий обов’язок. 3 вересня Франція та Велика Британія, виконуючи свої зобов’язання надати Польщі допомогу в разі аґресії проти неї, оголосили війну Німеччині. А 17 вересня Червона армія вторглася на територію Західної України та Західної Білорусі, що тоді входили до складу польської держави. До кінця вересня польське військо було розгромлене, і у Львові та Бресті відбулися спільні німецько-радянські паради на честь перемоги.