В последующем, развивая наступление, немецкие подвижные группировки при поддержке авиации все глубже проникали в дезорганизованную оборону польских войск.
Группа армий «Север» смогла осуществить успешное наступление силами 4 и 3-й армий, в результате чего часть сил польской армии «Поможе» оказалась блокированной с юга в «Польском коридоре». После нескольких дней упорного сопротивления эти войска сложили оружие. После этого немецкие войска главными силами группы армий «Север» развернули наступление на Варшаву, а частью сил пошли на Брест.
В полосе группы армий «Юг» наибольшего успеха добилась 10-я армия, наступавшая в направлении Ченстохов – Варшава. Ее танковая группировка, продвигавшаяся в первые дни со скоростью, равной темпу наступления пехоты, на третий день войны смогла набрать более высокие темпы и оторваться от пехоты. 5 сентября подвижные соединения 10-й армии овладели Пиоткувом и находились в 80–100 километрах западнее Варшавы. К тому времени 8-я армия, обеспечивая фланг ударной группировки 10-й армии, вышла в район Калиш. 6 сентября соединения 14-й армии захватили Краков.
Таким образом, уже за первые три дня после начала агрессии немецким войскам на всех операционных направлениях удалось преодолеть оборону армий прикрытия государственной границы Польши и начать наступление в оперативной глубине. Темпы продвижение войск Вермахта в эти дни достигали 24–30 километров в сутки, а на отдельных участках фронта были даже несколько выше.
Между тем немецкие войска продолжали наступление в соответствии с ранее утвержденным планом. 8 сентября одна из дивизий 5-й армии вышла к Варшаве и попыталась овладеть городом с ходу, но встретила сильное сопротивление поляков и остановилась. Началась оборона Варшавы, которая продолжалась 20 дней. Другие соединения 10-й армии, действовавшие южнее, окружили отступавшую к Висле польскую армию «Пруссы» и заставили капитулировать ее личный состав.
В это же время соединения 8-й немецкой армии в районе севернее Кутно создали угрозу охвата с юга войск польских армий «Поможе» и «Познань», которые в процессе отступления на Варшаву слились в единую группировку. С северо-запада над этой группировкой нависли войска 4-й армии из группы армий «Север». В результате севернее Кутно развернулось одно из крупнейших сражений за всю германо-польскую кампанию, в ходе которого польские войска, несмотря на отчаянное сопротивление, к исходу 19 сентября были разгромлены. Лишь немногим частям удалось прорвать кольцо окружения и уйти в Варшаву.
9 сентября маршал Рыдз-Смигла был вынужден отдать приказ об отступлении всех армий на восточный берег реки Вислы. После этого большинство польских соединений и частей, преследуемые противником, устремились на восток. 6 сентября польское правительство из Варшавы перебралось вначале в Люблин, а затем в Кременец. Главное командование вооруженных сил Польши также не стало задерживаться в столице и 7 сентября переместилось в крепость города Бреста.
16 сентября основные силы 3-й немецкой армии окружили Варшаву. В тот день передовые дивизии 14-й армии приблизились к Львову. 17 сентября передовой корпус группы армий «Север» вышел к Бресту. Польское правительство, утратив контроль над страной и армией, в ночь на 18 сентября эмигрировало в Румынию. 28 сентября защитники Варшавы сложили оружие. Началась ликвидация отдельных очагов сопротивления, которая практически выходила за рамки войсковой операции.
Таким образом, разгром Германией Польши был осуществлен одной стратегической наступательной операцией, которая была проведена на фронте от 900 до 1100 километров на глубину до 600 километров. Всего активная фаза этой операции заняла порядка 17 суток. Средние темпы наступления немецких войск равнялись 30–35 километрам в сутки.
В области стратегии новым было отмобилизование и полное развертывание немецкой армии еще до начала военных действий, а не в ходе войны, как это практиковалось до недавнего прошлого. Немецкое командование упредило в развертывании польскую армию и с самого начала, достигнув оперативной и тактической внезапности, ввело в действие превосходящие силы и средства. Развертывание польской армии, которое началось уже в ходе войны с большим опозданием, было сорвано главным образом ударами немецкой авиации, а также быстрым продвижением соединений подвижных войск противника.