В противоположность англичанам и французам, советская военная миссия, назначенная для переговоров, состояла из более ответственных лиц. Главой советское правительство назначило наркома обороны СССР маршала К. Е. Ворошилова, членами - начальника генерального штаба командарма первого ранга Б. М. Шапошникова, наркома военно-морского флота флагмана второго ранга Н. Г. Кузнецова, начальника ВВС командарма второго ранга А. Д. Локтионова и заместителя начальника генштаба комкора И. В. Смородинова. Первое официальное заседание трёх миссий состоялось 12 августа. Глава советской делегации предложил ознакомиться с полномочиями каждой делегации и предъявил полномочия советской военной миссии. Они гласили, что наша делегация уполномочивается "вести переговоры с английской и французской военными миссиями и подписать военную конвенцию по вопросам организации военной обороны Англии, Франции и СССР против агрессии в Европе".
Глава французской делегации генерал Думенк зачитал свои полномочия, которые поручали ему "договориться с главным командованием советских вооружённых сил по всем вопросам, относящимся к вступлению в сотрудничество между вооружёнными силами обеих стран". Более ограниченные полномочия, по сравнению с советскими, всё же позволяли французской миссии вести серьёзные переговоры с советской стороной.
Адмирал Дрэкс вообще не имел никаких письменных полномочий от своего правительства. Стало ясно, что английская миссия была послана в Москву не для срочного заключения военной конвенции, а лишь для безответственных разговоров. Адмирал Дрэкс заявил, что если бы совещание было перенесено в Лондон, то он получил бы все необходимые полномочия. Ворошилов под общий смех возразил, что "привезти бумаги из Лондона в Москву легче, чем ехать в Лондон такой большой компании". Адмирал обещал запросить письменные полномочия у своего правительства, которые были получены только 21 августа, когда надобность в них миновала. Советское правительство окончательно убедилось, что позиция Чемберлена состоит в затягивании переговоров, а не в подписании пакта, но заявило, что переговоры о создании военной конвенции нужно продолжать.
С 13 по 17 августа состоялось семь заседаний, на которых стороны обменялись сведениями о своих вооружённых силах и планами на случай гитлеровской агрессии. Общая картина вооружённых сил трёх держав получалась такая. Франция располагала 110 дивизиями, не считая противовоздушной обороны, береговой обороны и войск, расположенных в Африке; сверх того, имелось до 200 тыс. войск республиканской Испании, отступивших во Францию после победы Франко и просивших принять их во французскую армию. На вооружении французских сил имелось 4 тыс. современных танков и 3 тыс. пушек крупного калибра от 150 мм. и выше (не считая дивизионной артиллерии). Военно-воздушный флот Франции состоял из 2000 самолётов первой линии, около двух третей которых являлись современными, по тогдашним понятиям, самолётами со скоростью истребителей 450 - 500 и бомбардировщиков 400 - 450 км. в час.
Англия располагала готовыми 6 дивизиями, могла "в кратчайший срок" перебросить на континент ещё 9, а "во втором эшелоне" добавить сверх того 16 дивизий - всего, стало быть, 32 дивизии. Военно-воздушные силы самой Англии включали 3 тыс. самолётов первой линии.
Советский союз располагал для борьбы с агрессией в Европе 120 пехотными и 16 кавалерийскими дивизиями, 5 тыс. тяжёлых орудий, 9 - 10 тыс. танков и 5 - 5,5 тыс. боевых самолётов.
Кроме того, у трёх великих держав имелись военно-морские флоты, среди которых особенным могуществом отличался британский флот. Вооружённые силы предполагаемых членов тройственного пакта были очень внушительны и далеко превосходили тогдашние силы Германии и Италии. Если бы было достигнуто единство, второй мировой войны удалось бы избежать. Разногласия начались на заседании 14 августа между маршалом Ворошиловым и генералом Думенком. На вопрос, как будут реагировать генеральные штабы Франции и Англии в случае нападения агрессора на Францию, Англию, Польшу, Румынию или Турцию, последовал ответ - каждому крепко держаться за свою территорию, приходить на помощь друг другу лишь в случае просьбы о помощи от жертвы нападения. Такая стратегия пассивности советскую сторону не устраивала, необходимо заранее договориться о практических действиях в минуту опасности, не оставляя этого до акта агрессии.
Маршал Ворошилов задал следующий вопрос: "Предполагают ли генеральные штабы Великобритании и Франции, что советские сухопутные войска будут пропущены на польскую территорию для того, чтобы непосредственно соприкоснуться с противником, если он нападёт на Польшу?.. Имеется ли в виду пропуск советских войск через румынскую территорию, если агрессор нападёт на Румынию?". На следующий день, 15 августа, Дрэкс сообщил, что обе миссии отправили в Лодон и Париж запросы по интересующему советскую делегацию вопросу. До 21 августа ответа так и не последовало, правительства Чемберлена и Даладье с ответом не торопились, явно продолжая тактику саботажа. Дрэкс и Думенк направили Ворошилову письмо с просьбой отложить переговоры ещё на три-четыре дня. Глава советской делегации с этим предложением не согласился, наркома обороны и членов делегации ждали другие дела, и предложил устроить более длительный перерыв. На дипломатическом языке это означало провал переговоров военных миссий. 21 августа на вечернем заседании советская сторона огласила письменный ответ своей миссии: "Подобно тому, как английские и американские войска в прошлой мировой войне не моли бы принять участие в военном сотрудничестве с вооружёнными силами Франции, если бы не имели возможности оперировать на территории Франции, так и советские вооружённые силы не могут принять участие в военном сотрудничестве с вооружёнными силами Франции и Англии, если они не будут пропущены на территорию Польши и Румынии. Это - военная аксиома...". Переговоры военных миссий прервались, но покидать Москву англичане и французы не торопились. На следующий день, после провала переговоров, генерал Думенк получил из Парижа срочное сообщение: французское правительство считает, что с момента возникновения войны между Польшей и Германией советским войскам должно быть предоставлено право вступления на польскую территорию. Сама же Варшава и Лондон хранили по этому вопросу упорное молчание.
Черчилль в своих военных мемуарах, касаясь тройных переговоров 1939 г., пишет: " Не может быть сомнения, даже в свете исторической перспективы, что Англия и Франция должны были бы принять русское предложение... . Но Чемберлен и министерство иностранных дел были точно заворожены загадкой сфинкса. Когда события несутся с такой быстротой и таким огромным массовым потоком, как было в то время, правильнее всего делать последовательно один шаг за другим. Союз Англии, Франции и России в 1939 г. вызвал бы в сердце Германии глубочайшую тревогу, и никто не может доказать, что война тогда не могла бы быть предупреждена. Следующий шаг мог бы быть предпринят при наличии превосходства сил на стороне союзников. Дипломатия вернула бы себе инициативу. Гитлер не мог бы позволить себе ни ввязаться в войну на два фронта, которую он сам всегда так сильно осуждал, ни допустить неудачу. Жаль, что он не был поставлен в столь трудное положение, которое могло бы стоить ему жизни... . Если бы, например, мистер Чемберлен по получении русского предложения сказал " да, объединимся все вместе трое и сломаем Гитлеру шею" или какие-либо иные слова того же содержания, парламент это одобрил бы, Сталин это понял бы, и история могла бы принять иное течение... . Вместо того последовало долгое молчание, а тем временем подготавливались разные полумеры и крючкотворные компромиссы".