Kl. 04.45 invaderer ca. 1,5 mio. Tyske tropper Polen hele sin 1.750-mils grænse med det tysk-kontrollerede territorium. Samtidig tyskeren Luftwaffe bombede polske flyvepladser, og tyske krigsskibe og U-både angreb polske flådestyrker i Østersøen. Nazistens leder Adolf Hitler hævdede, at den massive invasion var en defensiv handling, men Storbritannien og Frankrig var ikke overbeviste. Den 3. september erklærede de krig mod Tyskland og indledte 2. verdenskrig.
For Hitler ville erobringen af Polen bringe Lebensraum, eller "boligareal" for det tyske folk. I henhold til hans plan ville de "racemæssigt overlegne" tyskere kolonisere territoriet, og de indfødte slaver ville blive slavebundet. Den tyske udvidelse var begyndt i 1938 med annekteringen af Østrig og fortsatte derefter med besættelsen af Sudetenland og derefter hele Tjekkoslovakiet i 1939. Begge var blevet udført uden at antænde fjendtligheder med stormagterne, og Hitler håbede, at hans invasion af Polen på samme måde blive tolereret.
For at neutralisere muligheden for, at Sovjetunionen ville komme til at hjælpe Polen, underskrev Tyskland en ikke-aggressionspagt med Sovjetunionen den 23. august 1939. I en hemmelig klausul i aftalen enedes de ideologiske fjender om at dele Polen mellem dem. Hitler gav ordrer om, at Polen-invasionen skulle begynde den 26. august, men den 25. august udsatte han angrebet, da han fik at vide, at Storbritannien havde underskrevet en ny traktat med Polen, hvor han lovede militær støtte, hvis det skulle angribes. For at forhindre en britisk indgrib vendte Hitler sig mod propaganda og forkert information, hvor han påstod forfølgelse af tysktalende i det østlige Polen. I frygt for et forestående angreb begyndte Polen at indkalde sine tropper, men Storbritannien og Frankrig overtalte Polen til at udsætte den generelle mobilisering indtil 31. august i en sidste grøftindsats for at afskrække Tyskland fra krig.
Kort efter middag den 31. august beordrede Hitler fjendtligheder mod Polen at begynde kl. 04:00 næste morgen. Kl. 20.00 den 31. august iscenesatte nazistiske amerikanske tropper iført polske uniformer en falsk invasion af Tyskland og beskadigede flere mindre installationer på den tyske side af grænsen. De efterlod også en håndfuld døde koncentrationslejrfanger i polske uniformer for at tjene som yderligere bevis på den formodede polske invasion, som nazistiske propagandister oplyste som en utilgivelig aggression.
Kl. 16.45 den 1. september begyndte invasionen. Nazistiske diplomater og propagandister skrumpede for at afværge fjendtlighederne med de vestlige magter, men den 2. september krævede Storbritannien og Frankrig, at Tyskland trak sig tilbage senest den 3. september eller blev udsat for krig. Kl. 11.00 den 3. september udløb det britiske ultimatum, og 15 minutter senere gik den britiske premierminister Neville Chamberlain på nationalradio for at højtideligt meddele, at Storbritannien var i krig med Tyskland. Australien, New Zealand og Indien fulgte efter kort derefter. 17:00 erklærede Frankrig krig mod Tyskland.
I Polen gik tyske styrker frem i en svimlende hastighed. Anvender en militær strategi kendt som Blitzkrieg, eller "lynkrig", pansrede divisioner smadrede gennem fjendens linjer og isolerede segmenter af fjenden, som blev omringet og fanget af motoriseret tysk infanteri, mens panzer tanke stormede frem for at gentage mønsteret. I mellemtiden er den sofistikerede tyske luftvåben Luftwaffe'Ødelagde den polske luftkapacitet, gav luftstøtte til blitzkrieg og bombarderede polske byer i en forsøg på at yderligere terrorisere fjenden.
Den polske hær var i stand til at mobilisere en million mænd, men blev håbløst overlegen i alle henseender. I stedet for at indtage en stærk defensiv position blev tropper skyndt til fronten for at konfrontere tyskerne og blev systematisk fanget eller udslettet. Den 8. september var de tyske styrker nået udkanten af Warszawa efter at have gået 140 miles i den første uge af invasionen.
De polske væbnede styrker håbede at holde ud længe nok, så der kunne monteres en offensiv mod Tyskland i vest, men den 17. september invaderede sovjetiske styrker fra øst, og alt håb gik tabt. Den næste dag flygtede Polens regering og militære ledere landet. Den 28. september overgav Warszawa garnisonen sig endelig til en nådeløs tysk belejring. Den dag indgik Tyskland og USSR en aftale, der beskrev deres besættelseszoner. For fjerde gang i sin historie blev Polen delt op af sine mere magtfulde naboer.
På trods af deres krigserklæring mod Tyskland gjorde Storbritannien og Frankrig lidt militært for at hjælpe Polen. Storbritannien bombede tyske krigsskibe den 4. september, men Chamberlain modsatte sig selv at bombe Tyskland. Selvom tyskerne kun holdt 23 divisioner i vest under deres kampagne i Polen, lancerede Frankrig ikke et angreb i fuld skala, selvom det havde mobiliseret over fire gange så meget. Der var beskedne angreb fra Frankrig på grænsen til Tyskland, men disse handlinger ophørte med Polen nederlag. I løbet af de efterfølgende syv måneder beskyldte nogle observatører Storbritannien og Frankrig for at føre en "falsk krig", fordi der med undtagelse af et par dramatiske britisk-tyske sammenstød til søs ikke blev truffet nogen større militær handling. Fjendtlighederne eskalerede imidlertid eksponentielt i 1940 med Tysklands april invasion af Norge og maj invasion af de lave lande og Frankrig.
I juni 1941 angreb Hitler Sovjetunionen og brød hans ikke-angreb med Sovjetunionen, og Tyskland greb hele Polen. Under den tyske besættelse blev næsten tre millioner polske jøder dræbt i nazisternes dødslejre. Nazisterne forfulgte også det slaviske flertal hårdt og deporterede og henrettede polakker i et forsøg på at ødelægge intelligentsiaen og den polske kultur. En stor polsk modstandsbevægelse kæmpede effektivt mod besættelsen ved hjælp af den polske regering i eksil. Mange eksilerede polakker kæmpede også for den allierede sag. Sovjeterne afsluttede befrielsen af Polen i 1945 og oprettede en kommunistisk regering i nationen.
