Политбюро ЦК ВКП(б) приняло все необходимые меры к подготовке широкомасштабной операции, получившей пропагандистское наименование «освободительный поход» в Западную Белоруссию и на Западную Украину. 6 сентября в Москве было принято решение о подготовке соответствующей военной операции — осуществлении «освободительного похода». В связи с этим Политбюро ЦК ВКП(б) предложило наркоматам внутренних и иностранных дел срочно систематизировать сведения о Польше и представить свои записки А.А. Жданову. Именно в его адрес направил справку, подписанную начальником Особого бюро НКВД СССР П. Шарией, нарком внутренних дел СССР Л.П. Берия. В ней характеризовались государственное устройство Речи Посполитой, ее национальный состав, экономика, вооруженные силы, транспорт. Указывалось, что во главе Польши стоит президент, наделенный властью в таких размерах, которые «далеко выходят за пределы функций и прав президента любого буржуазно-демократического государства». Подчеркивалось, что «польская конституция ничего не обещает ни в области социального обеспечения, ни в области охраны труда, она не гарантирует никаких свобод, не запрещает эксплуатации малолетних, не предусматривает никаких обязательств в охране материнства и младенчества». Сообщалось, что, по данным на 1938 год, население страны составляло 34,5 млн человек, причем, по переписи 1931 года, 69 % граждан называли себя поляками, 14,3 — украинцами, 3,9 — белорусами, 3,9 — немцами, 7 % — евреями. Однако отмечалось, что официальная статистика преуменьшает количество национальных меньшинств, которое, по мнению ведомства Берии, составляло 40 % (7 млн украинцев, 2 млн белорусов, 3 млн евреев, 1 млн немцев, 100 тыс. литовцев и т. д.). Указывалось, что в Станиславовском, Тарнопольском, Новогрудском, Брестском и Волынском воеводствах поляки составляли менее 25 % населения, в Львовском и Виленском — до 50 %, в Белостокском — свыше 50 %. Приводились сведения о всех родах вооруженных сил Польши, о ее оборонительных сооружениях.
В документе, составленном Восточноевропейским отделом НКВД указывалось: «Польша образовалась после Первой мировой войны из частей Австро-Венгрии, Германии, России. Польша при поддержке Антанты захватила Западную Украину и Западную Белоруссию… Государственный строй Польши — республика фашистского типа». Авторы доказывали, что подавляющая часть населения страны — это безземельные и малоземельные крестьянские семьи (2650 тысяч), в то время как середняцкие хозяйства насчитывали всего 600–700 тысяч, кулацкие же, владевшие от 10 до 15 га земли, — 300 тысяч. Подчеркивалось при этом, что помещики, духовенство и государство владели почти половиной всей земельной собственности (42,4 %). Приводились в справке и сведения о крупнейших партиях Польши. К примеру, «Национальная партия» («Стронництво Народове») характеризовалась как «правое крыло польского фашизма», «консерваторы» — как реакционная партия крупных землевладельцев (группа Радзивилла), целиком поддерживающая «фашистский правящий лагерь», «Народная партия» («Стронництво Людове») — как левая оппозиция, отражающая интересы зажиточного крестьянства, «Партия польских социалистов» (ППС) — как выступающая за восстановление буржуазного парламентаризма, «Украинское национально-демократическое объединение» (УНДО) и еврейский «Бунд» — как националистические объединения буржуазных слоев нацменьшинств Польши. В справке утверждалось, в частности, что «предательская, контрреволюционная политика «Бунда» особенно усилилась в последнее время благодаря широкому проникновению в ее ряды и на руководящие посты в центральном аппарате троцкистских элементов. Ряд печатных органов «Бунда»… используются троцкистами для своей антисоветской, контрреволюционной и подрывной деятельности среди местного пролетариата». Неудивительно, что в дальнейшем НКВД одной из главных задач особистов считал выявление всех членов политических партий Польши, от левых до самых правых, как наиболее активной части населения, и их ликвидацию.
Материалы о Западной Украине и Западной Белоруссии, о политике польского правительства было поручено подготовить и Исполкому Коммунистического Интернационала (ИККИ). В первые дни войны руководство Коминтерна, не получая указаний из Кремля, не видело ничего плохого в многочисленных заявлениях компартий в защиту Польши с осуждением германского вторжения, в призывах сражаться против нацизма и фашизма. Однако Г. Димитров, генеральный секретарь ИККИ, 7 сентября был вызван к Сталину, где ему «разъяснили» ситуацию. Вождь охарактеризовал Польшу как фашистское государство, которое угнетает украинцев, белорусов и др.
«Уничтожение этого государства в нынешних условиях означало бы одним буржуазным фашистским государством меньше! Что плохого было бы, если бы в результате разгрома Польши мы распространили социалистическую систему на новые территории и население», — заявил Сталин. 15 сентября секретариат ИККИ принял постановление, запрещавшее коммунистам и сочувствовавшим им вступать в легионы, которые начали создаваться в ряде стран для участия в войне против Германии на стороне Польши. В разосланной же компартиям 8–9 сентября директиве ИККИ подчеркивалось: «Настоящая война — империалистическая, в которой одинаково повинна буржуазия всех воюющих государств. Войну не могут поддержать ни в одной стране ни рабочий класс, ни тем более компартии… Международный пролетариат не может ни в коем случае защищать фашистскую Польшу, отвергшую помощь Советского Союза, угнетающую другие национальности».
Одновременно с политической подготовкой к вторжению в восточные районы Польши проводились и интенсивные военные приготовления. 7-16 сентября отдаются приказы о призыве в армию резервистов пяти военных округов, передислокации многих соединений в направлении западной границы, формировании новых дивизий и корпусов. В составе Киевского Особого военного округа (КОВО) и Белорусского Особого военного округа (БОВО) создаются мощные группировки войск, переименованные затем в армии.
9 сентября в связи с переданной из Берлина информацией о занятии немецкими войсками Варшавы Молотов направил приветствия и поздравления правительству германской империи и передал послу Ф. Шуленбургу, что «советские военные действия начнутся в ближайшие несколько дней». В этот же день был составлен первый вариант директивы наркома обороны СССР К.Е. Ворошилова и начальника Генштаба РККА Б.М. Шапошникова о переходе войсками Белорусского и Украинского фронтов в ночь с 12 на 13 сентября 1939 года советско-польской границы с задачей разгромить польские войска. В директиве определялись задачи на ближайшие два дня для каждой из армейских групп этих фронтов. Однако известие о том, что Варшава все еще держится, по-видимому, заставило перенести дату перехода советскими войсками советско-польской границы на 5.00 17 сентября. Директива об этом была отдана Белорусскому и Украинскому фронтам Ворошиловым и Шапошниковым 14 сентября.
На Белорусском фронте должны были действовать четыре армейские (Полоцкая, Минская, Дзержинская, Бобруйская) и одна конно-механизированная группы. В ночь на 15 сентября издается боевой приказ № 01, в котором определялась «ближайшая задача фронта — уничтожить и пленить вооруженные силы Польши, действующие восточнее литовской границы и линии Гродно-Кобрин».
Армейские группы БОВО получили уже конкретные оперативные задания и приказ, не ожидая окончания сосредоточения всех приданных им частей, в 5.00 17 сентября перейти границу. При этом Полоцкая группа должна была к исходу 18 сентября овладеть районом Свенцяны—Михалишки и далее двигаться на Вильно; Минская — прорвав фронт, к этому же сроку выйти в район Ошмяны—Ивье, с тем чтобы в дальнейшем часть ее соединений оказала помощь Полоцкой группе в овладении Вильно, а остальными силами наступать на Гродно. Дзержинская группа должна была продолжать сосредоточение на границе, в то время как конно-механизированная подвижная группа (КМГ) «обязывалась мощным ударом по войскам противника разгромить их, наступая в направлении на Новогрудок, Волковыск, и к исходу 18 сентября выйти на р. Молчадь на участке от ее устья до м. Молчадь, в дальнейшем двигаться на Барановичи, нанести удар на Волковыск». Бобруйской группе к исходу 17 сентября следовало выйти на подступы к Барановичам. 23-й стрелковый корпус и Днепровская флотилия обеспечивали стык с Украинским фронтом и в течение двух дней должны были овладеть Лунинцом.
В составе Украинского фронта, которым командовал командарм I ранга С.К. Тимошенко, действовали три армейские группы. Правое крыло фронта составляла Шепетовская (Северная) группа. Она была развернута на фронте в 250 км на Ровно — Владимир-Волынском направлении, правым флангом — на Ковельском. Уже 14 сентября закончилось сосредоточение двух ее корпусов в отведенных им районах. 16 сентября группа была полностью готова занять исходное положение. В соответствии с приказом командования фронтом группа должна была к исходу 17 сентября занять Ровно, Дубно, 18 сентября — район Луцка и затем наступать на Владимир-Волынский.
Южнее Шепетовской группы, в центре Украинского фронта, на участке около 90 км разместилась Волочиская (впоследствии Восточная) группа, в состав которой входили 2-й конный корпус, 17-й стрелковый