Pe 6 octombrie, Hitler a făcut o propunere publică de pace adresată Regatului Unit și Franței, dar a afirmat că viitorul Poloniei avea să fie hotărât exclusiv de către Germania și Uniunea Sovietică. Chamberlain i-a respins-o pe 12 octombrie, declarând că „experiența din trecut a arătat că nu se poate pune bază pe promisiunile actualului guvern german.” După această respingere, Hitler a ordonat imediat o ofensivă împotriva Franței, dar vremea rea l-a obligat să o amâne repetat până în primăvara anului 1940.
În iunie 1940, Uniunea Sovietică a anexat cu forța Estonia, Letonia și Lituania, și regiunile românești disputate din Basarabia, Bucovina de Nord și Herța. Între timp, apropierea politică și cooperarea economică sovieto-nazistă a încetinit treptat, și ambele state au început pregătirile pentru război.
La 1 septembrie 1939, Germania a invadat Polonia sub pretextul că polonezii au efectuat o serie de operațiuni de sabotaj împotriva țintelor germane din apropierea graniței. Două zile mai târziu, pe 3 septembrie, după ce un ultimatum britanic adresat Germaniei, în care i se cerea să înceteze operațiunile militare, a fost ignorat, Regatul Unit și Franța, urmate de Dominioanele independenteale Commonwealth-ului Britanic—Australia (3 septembrie), Canada (10 septembrie), Noua Zeelandă (3 septembrie), și Africa de Sud (6 septembrie)—au declarat război Germaniei. Cu toate acestea, inițial alianța furnizat doar un sprijin militar direct limitat Poloniei, constând dintr-o incursiune franceză minoră în Saarland. Aliații Occidentali au demarat și o blocadă navală a Germaniei, care avea drept scop slăbirea economiei țării și a efortului de război. Germania a răspuns prin ordonarea războiului submarin împotriva tuturor navelor Aliaților, atât de război cât și comerciale, care mai târziu avea să degenereze în Bătălia Atlanticului.
Pe 17 septembrie 1939, după semnarea unui acord de încetare a focului cu Japonia, sovieticii au invadat Polonia dinspre est. Armata poloneză a fost învinsă și Varșovia a capitulat germanilor la 27 septembrie, ultimele elemente de rezistență capitulând la 6 octombrie. Polonia a fost împărțită între Germania și Uniunea Sovietică, Lituania și Slovacia primind și ele mici teritorii. După înfrângerea militară a Poloniei, rezistența poloneză a stabilit un Stat Clandestin și o Armată de partizani. Aproximativ 100.000 de militari polonezi au fost evacuați în România și în țările Baltice; mulți dintre acești soldați mai târziu aveau să lupte împotriva germanilor pe alte teatre de război. Criptanaliștii polonezi anti-Enigma au fost și ei evacuați în Franța.