9月3日上午9时，英国向德国发出最后通牒，要求德国在上午11时之前，提供停战的保证，否则英国即将向德国宣战。中午，法国也向德国发出类似的最后通牒，其期限为下午5时。德国对英法两国的最后通牒均没有作出回答。于是，英、法两国相继对德宣战，第二次世界大战全面爆发。当晚，希特勒将他的办公地点从柏林的总理府移到了“亚美尼亚”号火车专列上，乘车去前线视察，并在火车上处理东线和西线的战事。
德军突破波军防线后，以每天50～60公里的速度向波兰腹地突进。伦德施泰特的南路集团军群以赖歇瑙的第十集团军为中路主力，以利斯特的第十四集团军为右翼，在左翼布拉斯科维兹的第八集团军掩护下，从西面和西南面向维斯瓦河中游挺进；包克的北路集团军群以克鲁格的第四集团军为主力，向东直插“波兰走廊”，另以屈希勒尔的第三集团军从东普鲁士向南直扑华沙及华沙后方的布格河。
这是人类战争史上空前规模的机械化部队大进军。在这场大进军中，德国装甲兵创始人古德里安成功地实践了他的装甲兵理论，率领第十九装甲军取得了辉煌的胜利。第十九装甲军隶属北路集团军群第四集团军，辖有1个装甲师、2个摩托化师和1个步兵师。它既是第四集团军的中路，又是集团军的攻击前锋。开战后，古德里安率部迅速突破波兰边境防线，9月1日晚渡过布拉希河，9月3日推进至维斯瓦河一线，完成了对“波兰走廊”地区波军“波莫瑞”集团军的合围。在围歼波军的作战中，被围的波军显然还不了解坦克的性能，以为坦克的装甲不过是些用锡板做成的伪装物，是用来吓唬人的。于是波兰骑兵蜂拥而上，用他们手中的马刀和长矛向德军的坦克发起猛攻。德军见状大吃一惊，但很快就清醒过来，毫不留情地用坦克炮和机枪向波军扫射，用履带碾压波军。波兰骑士想像中的战场决斗化成了一场实力悬殊的屠杀。至9月4日，波军“波莫瑞”集团军的3个步兵师和1个骑兵旅全部被歼灭，而古德里安指挥的4个师一共只死亡150人，伤700人。
德军闪电式的进攻使波军完全陷入了被动挨打的境地，这是波兰人，也是全世界第一次领教“闪击战”的滋味。波军统帅部原以为战争会像以往那样缓慢地展开，德军会先以轻骑兵进行前卫活动，然后以重骑兵进行冲击，对德军大量使用坦克和航空兵的“闪击战”毫无准备。而波军统帅部又对自己的军事力量过于自信，并指望英法的援助，因此便把部队全部部署在德波边境，以为只要实施坚决的反击，就可以取得胜利。这种毫无进退伸缩弹性的部署，使波军在德军高速度大纵深的推进下不是被歼灭就是被分割包围，成为留在德军后面的孤军，抵抗迅速土崩瓦解。英法虽然在西线陈兵百万，却按兵不动，宣而不战。它很快就被称为“奇怪的战争”，而更好的名称是“静坐战”。
面对纳粹德国的咄咄攻势，波兰军队由于总动员的推迟而延误了展开的时间。预定的战略展开，比德军的进攻滞后了5天。波兹南省西部是一个很大的向西突出部，配置在这里的是“波兹南”集团军，司令为库特谢巴将军。他们的任务是防守法兰克福、波兹南方向，对德国人的北方集团和南方集团造成威胁，如有可能，则对由波美拉尼亚和西里西亚来犯的德国法西斯集团军的侧翼实施突击。
在战斗开始前，波军指挥部在各个防御地区展开的兵力是24个步兵师、8个骑兵旅、1个摩托化装甲旅、3个山地步兵旅和56个民防大队。共有100万左右的陆军、4300门火炮、220辆轻型坦克和650辆超轻型坦克。
波兰海军的任务是确保对格丁尼亚海军基地和黑耳半岛的防御，阻止登陆兵上陆，同敌舰艇作战，并进行布雷。海军参加作战的有4艘舰队驱逐舰、5艘潜艇、1艘布雷舰、6艘扫雷舰、若干艘辅助船只、若干个沿岸防御营和海军航空兵。
空军的任务是支援陆海军。每一集团军配备一个陆军航空兵大队（侦察机和战斗机）。统帅部还拥有歼击航空兵独立部队和轰炸航空兵独立部队。波兰空军共有824架飞机，但可用于作战的只有407架，其中有44架轰炸机、142架战斗机。波兰飞机大多数是过时的，其战斗性能远不及德军飞机。
值得一提的是，波兰军队在战略上始终抱着陈腐的概念和样式不放。波军总司令斯密格莱·利兹元帅想守住波兰全部领土，甚至还想在东普鲁士采取进攻行动。而德军统帅部却没有也不打算按照过时的战法打下去。于是，这种一切都想保护且分散自己兵力的做法带来的是不可能的胜利。
希特勒的“闪击战”确实获得了极大的成功。但是，如果说德军在边境交战取胜后，就长驱直入，如入无人之地，那是错误的，不符合历史事实的。9月5日晚，波军统帅部向全军下达训令：“莫德林”集团军和“那累夫”战役集群应撤过华沙以北和东北的维斯瓦河和那累夫河，并可靠地掩护从西部向维斯瓦河和桑河撤退的基本兵力的右翼。“波兹南”集团军和“波莫瑞”集团军的残部则奉命径直退到华沙，以便可靠地掩护华沙西面的接近地。“罗兹”和“普鲁士”集团军的任务是向华沙以南的维斯瓦河撤退，而“克拉科夫”和“喀尔巴阡”集团军向桑河撤退。
波军统帅部的战略意图是企图建立新的防线，实施反突击。首次较大规模的反击，是由“普鲁士”预备队集团军实施的。但是，这次反突击不仅司令手中的兵力十分有限，只有一个步兵师和一个骑兵旅，而且组织得也非常糟糕。他们反突击的对象是德军第十集团军的第十六摩托化军，然而，“普鲁士”集团军的指挥官却将本来就不强的兵力分散在两个相互隔绝的方向上行动，对实施反突击的部队没有任何掩护和保障。同时，反突击行动在“罗兹”集团军的侧翼进行，却没有与“罗兹”集团军的协同动作。结果，反突击实际上成了分散的反冲击，没有造成任何战略影响。“普鲁士”集团军也在退却中被德军消灭。
9月6日，波军总司令斯密格莱·利兹元帅下令所有部队撤至维斯瓦河以东，组成维斯瓦河——桑河线。波兰政府当日仓皇撤离华沙迁往卢布林。大局已基本决定。至9月7日，伦德施泰特的南路集团军群重创波军“罗兹”和“克拉科夫”两集团军，占领了波兰工业中心罗兹和第二大城市克拉科夫，其中路第十集团军的前锋霍普勒的第十六装甲军于9月8日进抵华沙南郊，从南面切断了波军“波兹南”集团军退路。包克的北路集团军群全歼了波军“波莫瑞”集团军并重创波“莫德林”集团军，占领了“波兰走廊”，随后强渡维斯瓦河，夺占了从北面掩护通往华沙道路上的阵地。
波兰军队造成较大影响的反突击行动，是在库特诺附近展开的。9月9日，当德军第十集团军左翼正向华沙突进时，德军第八集团军的北翼在波军的反突击攻势下，陷入了困境，参加这一反突击行动的主要是“波兹南”集团军的4个师和2个骑兵旅。他们是在一次十分意外的巧合中展开这一行动的。
按照统帅部9月5日的训令，“波兹南”集团军从面对柏林的最西部波兹南地区撤向华沙。可是，当他们完成了撤退行动后，即未被用来向北突击德军第四集团军，也未被用来对进攻华沙的德军侧翼采取行动。当他们决定退守华沙之时，与德军第三十师偶然遭遇。于是，摩特谢巴将军下令挥师南下，在正面冲击德军。
经过两天鏖战，德军步兵第三十师被消灭，还俘获德军1500人，缴获大炮30门。德军第八集团军左翼掩护部队被击退几公里。但是，德军统帅部迅速调来了第八集团军的主力及第四、十集团军的摩托化兵团。9月16日，“波兹南”集团军的反击宣告失败。
当德军在沃维奇、维斯瓦河和布祖拉河等地域击败波军的反突击之后，剩下的就是围攻波兰首都华沙了。留在维斯瓦河以北的第四集团军兵团继续向南进攻，从北面和西面合围了莫德林要塞（第一次世界大战时称为新格奥尔吉耶夫斯克）。在德军的北方集团军群主要突击方向行动的第三集团军已在维斯瓦河以东进攻。它紧随古德里安的坦克军推进，后者在突破图霍拉荒野波军防御后，立即穿越东普鲁士，在第三集团军左侧进入战斗，对退却的波军实行平行追击。
9月9日，该集团军在沃姆扎地域渡过那累夫河，随后不可遏止地向南急进。9月11日，在维什库夫及其以东地域渡过布格河。接着，第三集团军从东面深入迂回华沙，经谢德尔采西进，以便合围波兰首都，切断波军沿维斯瓦河的退路。同时，古德里安的快速兵团向东南推进。9月13日，波兰东北部的奥斯韦茨小要塞落入德军手中。同日，被切断了同波军其他兵力联系的一个师，不得不在奥斯特鲁夫——马佐维茨克地域放下武器。因此只有从西面合围华沙了。
德军一支先遣支队于9月14日突破了布列斯特堡垒线，逼近内城堡。9月15日，古德里安的第十九装甲军包围了布列斯特，其第三装甲师和第二摩托化师继续向南推进，以便与南路集团军群的右翼利斯特的第十四集团军完成最后的纵深合围。与此同时，第十四集团军的前锋克莱斯特的第二十二装甲军，包围了科沃夫之后继续北进。16日，在符沃达瓦地区，南、北方集团军群会师，从而完成了对波军的外线合围。波军主力已经被团团困在布格河、察河与维斯瓦河三角地带，德军航空兵开始对包围之中的华沙城实施狂轰滥炸。9月17日，德军限令华沙当局于12小时内投降。而波兰政府和波军统帅部已于16日越过边界逃往罗马尼亚。
早已同德国商量好瓜分波兰的前苏联，只因与波兰签有互不侵犯条约而始终不便动手。波兰政府的出逃终于使前苏联找到了“体面”出兵波兰的借口。前苏联政府宣称：由于波兰政府不复存在，因此苏波互不侵犯条约不再有效。于是前苏联决定进驻波兰东部地区。9月17日凌晨，前苏联白俄罗斯方面军和乌克兰方面军分别在科瓦廖夫大将和铁木辛哥大将的率领下，越过波兰东部边界向西线推进。9月18日，德苏两国军队在布列斯特会师。
波兰人民在抗击德国侵略者、保卫华沙的战斗中，写下了悲壮的一页。其实华沙保卫战早在9月8日就已经开始。当时，德军坦克冲到首都南郊，企图冲入市中心。但遇到华沙保卫者的顽强抵抗。这次抵抗迫使德军指挥部放弃了一举拿下波兰首都的计划，开始进行有步骤的准备。
9月10日，德军坦克部队从东面迂回华沙。第三集团军的兵团进至华沙市的北郊。波兰首都的守备部队被合围。这时防守华沙的有17个步兵营、10个轻炮连、6个重炮连、1个坦克营。要保卫这样一座大城市，这点兵力是微乎其微的。
于是华沙居民奋起支援自己的部队。波兰首都的保卫战是一场反对侵略者的人民斗争，劳动人民和真正的爱国者表现了群众性的英雄主义。“保卫华沙指挥部”发布命令，号召全体军民坚持抗战，命令指出：“我们坚守着阵地，除此之外，别的出路是没有的。”成千上万的华沙人参加构筑街垒和设置反坦克障碍的行动。华沙建立了许多红十字会救护队、急救站和消防队。波兰的工人表现出良好的爱国素质，他们自9月5日起开始组织工人营，参加的超过6000人。9月12日，这些营又组成一个华沙工人志愿兵旅，在这个城市保卫战的最艰苦地段战斗。
9月12日，希特勒亲自到前线，要求陆军总指挥部以最快的速度占领华沙。9月19日，负责攻占该城的德国第八集团军司令下令发起总攻击。自9月22日起，德军开始对华沙进行猛烈的空袭和密集的炮击。9月26日，1150架德机轰炸华沙。这是第二次世界大战中，希特勒分子第一次采用了最野蛮的方法轰炸大城市：不是轰炸军事目标，而是轰炸居民区。
尽管敌机和大炮的狂轰滥炸给这座城市造成严重的损害，华沙的守军和居民仍继续抗击侵略者。然而首都的保卫者在弹药、用水、粮食、药品等方面越来越感到缺乏。他们遭到了重大伤亡。据统计，在战斗期间波军官兵有5000名牺牲，约1.6万人受伤。居民约有2.5万人被打死，好几万人受伤。华沙卫戍司令部在耗尽了它可用于防御的全部人力物力之后，于9月28日被迫在投降书上签字。9月29日，莫德林要塞投降。至10月2日，进行抵抗的最后一个城市格丁尼亚停止抵抗，波兰灭亡。
德国闪击波兰标志着第二次世界大战的全面爆发。而这场第二次世界大战爆发后的第一个战役仅用了一个月的时间就结束了。在波德战争中，波军伤亡20万人，被俘40余万人。德军亡1.06万人，伤3.3万人，失踪3400人。
波兰战役，是法西斯德国“闪电战”在战争中的首次应用。“闪电战”也称“闪击战”，其特点就是以突然袭击发动战争，以大量快速兵团和武器闪电般地摧毁对方的抵抗能力。德军为了隐蔽战争企图，战前采取各种手段进行政治欺骗和战略、战役伪装。希特勒在“但泽应归于德国”的外交喧闹中，以“谈判”作为掩盖，秘密进行动员和军队扩充，并以演习和构筑工事为名，组织部队逐步向集中地域展开；在开战的方式上采取突然袭击，先发制人。战争的第一天，德军就以大量的航空兵和坦克部队实施猛烈的首次突击，摧毁波兰的有生力量和军事设施，破坏了波兰交通枢纽和指挥机构，使对方刚开始就处于混乱和瘫痪状态，从而失去了抵抗能力；在战役行动上，首次使用了在航空兵密切配合下行动的快速兵团，以每昼夜30～50公里的速度，实施钳形突击，围歼波军主力，迅速结束了战争。
