20 сентября войска 12-й армии продвигались на линию Николаев — Стрый. В районе Стрыя был установлен контакт с немецкими войсками, которые 22 сентября передали город Красной Армии. 23 сентября гуда же подошла 26-я танковая бригада. После переговоров советские войска были остановлены на достигнутой линии.

Сразу же после вступления Красной Армии в Польшу с целью избежать «неожиданностей и случайностей» между Рейхом и СССР начался новый тур дипломатических переговоров. Вечером 18 сентября в беседе с Шуленбургом Сталин «как-то неожиданно» заявил, что у советской стороны есть сомнения относительно того, отведет ли германское командование войска «на линию, которая была определена в Москве», согласятся ли генералы возвращать захваченные территории. Посол заверил, что Германия «твердо намерена выполнять условия московского соглашения», а присутствовавший при разговоре генерал Кёстринг отчеканил: «Германские вооруженные силы будут делать только то, что приказывает Фюрер».

На следующий день в «Правде» было опубликовано советско-германское коммюнике: «Во избежание всякого рода необоснованных слухов насчет задач советских и германских войск, действующих в Польше, правительство СССР и правительство Германии заявляют, что действия этих войск не преследуют какой-либо цели, идущей вразрез интересов Германии или Советского Союза и противоречащей духу и букве пакта о ненападении, заключенного между Германией и СССР. Задача этих войск, наоборот, состоит в том, чтобы восстановить в Польше порядок и спокойствие, нарушенные распадом Польского государства, и помочь населению Польши переустроить условия своего государственного существования».

Вот так, Польша как-то вдруг, непонятно распалась, взвалив на плечи Гитлера и Сталина тяжкий долг по восстановлению порядка и спокойствия. Заодно «Правда» поведала о том, как германское население единодушно приветствует решения советского правительства, радуется за белорусов и украинцев и «оживленно обсуждает успешные операции Красной Армии», отмечая флажками на картах ее продвижение.

Вечером 19 сентября Молотов вызвал Шуленбурга и заявил ему, что момент «созрел» — пора конкретно делить польские территории и окончательно определиться с поставленным в тайном протоколе вопросом: «Желательно ли в интересах обеих Сторон сохранение независимости Польского государства?» Что касается советского правительства, то если раньше оно предполагало допустить существование каких-то остатков Польши, то теперь это намерение уступило желанию Польшу по-братски поделить по линии четырех рек. Откладывать не стоит, переговоры следует начать немедленно и проводить их в-Москве, так как «лица, наделенные высшей властью» покинуть Советский Союз не могут.

Берлин согласился — в самом деле, пора «определить окончательную структуру польских территорий». К вам едет Риббентроп.

Командование поддерживало контакты через военных атташе. 20 сентября начались переговоры наркома К.Е. Ворошилова и начальника Генерального штаба Б.М. Шапошникова с представителями германского командования в лице генерал-лейтенанта Э. Кёстринга, полковника Г. Ашенбреннера и подполковника Г. Кребса об организации отвода германских войск и продвижения советских войск на демаркационную линию. Конфликт под Львовом подтвердил актуальность проблемы. Результатом ночных бдений стал совместный протокол от 21 сентября, который устанавливал следующий порядок:

Части Красной Армии останавливаются на линии, достигнутой к 20 часам 20 сентября, и вновь начинают движение на запад с рассветом 23 сентября.

Части Вермахта начинают отход 22 сентября и, совершая переходы примерно по 20 километров в сутки, оказываются на демаркационной линии в период с 26 сентября по 3 октября.

В ходе движения немецкие отходящие колонны, и советские авангарды должны соблюдать между собой 25-километровую дистанцию. При этом части Красной Армии занимают линию рек на сутки позже германских подразделений.

Спорные вопросы при передаче населенных пунктов разрешаются на месте специально выделенными делегатами. При этом германское командование обязано принять меры, чтобы не было нанесено ущерба военным и хозяйственным объектам до их передачи представителям Красной Армии.

Советское командование, в свою очередь, обязано по заявке немцев оказывать им помощь в уничтожении «польских частей или банд», мешающих продвижению германских частей.

Авиация обеих сторон также должна соблюдать 25-километровую разделительную полосу.

Однако в тот же день германские представители посетили Отдел внешних сношений НКО и сообщили, что ввиду продолжающихся боев под Варшавой и западнее Львова генерал Браухич просит все утвержденные сроки отвода войск отодвинуть на сутки, а на пултусском направлении — до вечера 4 октября. Дополнительное время понадобилось для вывоза пленных и раненых. Советская сторона к просьбе отнеслась с пониманием, тем более Браухич обещал передать все «важнейшие» объекты в целости и сохранности. Соответствующие изменения внесли в пункт второй протокола.

23 сентября было опубликовано советско-германское коммюнике: «Германское правительство и правительство СССР установили демаркационную линию между германской и советской армиями, которая проходит по реке Писса до ее впадения в реку Нарев, далее по реке Нарев до ее впадения в реку Буг, до ее впадения в реку Висла, далее по реке Висла до впадения в нее реки Сан и дальше по реке Сан до ее истоков».

Ранним утром 21 сентября в штабы Белорусского и Украинского фронтов поступила директива наркома обороны № 16 693, требовавшая остановить войска, подтянуть отставшие части и тылы, наладить устойчивую связь, быть бдительными и ждать дальнейших распоряжений. В 22 часа поступил приказ Ворошилова № 156, в котором излагалось содержание советско-германского протокола и разрешалось возобновить движение на запад с рассветом 23 сентября. Маршал также предупредил, что за Бугом, вполне возможно, придется и повоевать, что:«…поляки будут рассыпавшиеся части собирать в отрады и банды, которые совместно с польскими войсками, действующими под Варшавой, могут оказать нам упорное сопротивление и местами наносить контрудары».