1920年4月25日，波軍以2個方面軍，轄5個集團軍共14.8萬餘人，在協約國集團的支持下對蘇俄突然發起進攻。英、法、美等國對波蘭的這次進攻寄予厚望。
美國為波蘭政府提供了一億一千萬美元的軍用物資和糧食，法國提供了大量的武器裝備，並派遣了以魏剛將軍為首的軍事代表團。
戰爭初期，波軍進展迅速，很快攻佔了日托米爾、科羅斯田和卡扎京。5月7日，烏克蘭首府基輔陷落。此時，波軍已佔領了大片烏克蘭土地，把戰線推進到第聶伯河沿岸。波軍戰線從北面的維爾紐斯、明斯克一直延伸到南面的基輔，長達1000公里，後勤補給日益困難。普里皮亞特沼澤區又把波軍分割成兩個互不聯繫的孤立戰場，而此時的蘇俄紅軍已經擊敗了伏爾加地區的高爾察克，並把鄧尼金趕入克里米亞半島，正好能抽出兵力來對付波蘭。
1920年3月1日，列寧在全俄哥薩克勞動者第一次代表大會上的報告中表示，“我們不希望為疆界打仗”，但是“如果波蘭帝國主義者以開戰來威脅我們，那我們就要說:來試試吧！你們會取得一輩子也忘不了的教訓的。四個月的談判為蘇俄爭取到極寶貴的時間，此時蘇俄國防人民委員托洛茨基也已看到波軍的虛實，他指出：若是被畢蘇茨基最初的勝利所嚇倒，那就太缺之精神毅力了，波車的右翼越是向烏克蘭深入，就越會引起烏克蘭人的反抗。而在紅軍的集中打擊下，波軍將失敗得更慘。5月20日，紅軍完成了戰略反攻的準備。
紅軍的戰略反攻由西方面軍和西南方面軍兩個戰役軍團向波蘭首都華沙總方向實施向心突擊。圖哈切斯基的西方面軍轄第3、4、5、16等4個集團軍和加伊•汗將軍的第3騎兵軍，沿普里皮亞特河北側向華沙方向實施主要突擊。葉戈羅夫的西南方面軍轄第12、14兩個集團軍和布瓊尼的騎兵第1集團軍，在普里皮亞特河南側沿羅夫諾、盧布林方向實施輔助突擊。紅軍總兵力約18萬人，對波軍佔有明顯優勢。
1920年5月23日，西方面軍率先發動反攻，26日西南方面軍也對烏克蘭境內的波軍展開反攻。布瓊尼率領的第一騎兵集團軍在6月初突破了波軍戰線，導致波軍在東面的前線崩潰。蘇俄隨後利用流動騎兵去打擊波軍後方，切斷通訊及補給。6月10日，波軍全面後撤，12日基輔重又回到紅軍手裡。7月4日，西方面軍從白俄羅斯的別列津納河大舉反攻，維爾紐斯、格羅德諾相繼被紅軍佔領，到了8月1日，紅軍已到達佈列斯特-立陶夫斯克。從7月4日至7月底，西方面軍向前推進了3⑻公里，把波軍趕至維斯瓦河一線，進逼華沙城下。波軍全線潰退，華沙危在旦夕。
紅軍的進攻和波軍的潰敗，引起了波蘭社會的極大震動。波蘭統治集團驚慌失措。1920年7月1日波蘭議會成立了以畢蘇茨基為首的國防委員會，宣佈“祖國在危殆中”，號召青年參軍保衛祖國。為了動員農民參軍，波蘭議會在7月15日通過了土地改革的法令，從1920年7月1日到8月20日有165000名青年報名參軍，波蘭軍隊擴大到90萬。
6月底，波蘭政府請求倫敦和巴黎在危急時刻給予積極的支持。英國首相勞合•喬治和法國總統米勒蘭不久便同意派一個英法外交車事代表團趕赴華沙。該代表團的二項任務是：向各自政府報告和平談判的有關事項；向波蘭人提出軍事方面的建議；為波蘭人安排軍需品的供應。代表團的主要成員是英國駐柏林大使、法國駐華盛頓大使以及拉德克利夫將軍和魏剛將軍。7月11日，英國致電蘇俄建議停火，紅軍從協約國在1919年12月8日確定的分界線後撤50公里，在倫敦召開有各國代表參加的和平會議。
8月初，交戰雙方的代表在一個叫巴拉諾維奇的地方進行了會晤，接著又於8月11日至12日在明斯克進行了會晤。蘇俄政府提出的條件是：“尊重並承認波蘭的獨立;並不要求波蘭政府進行戰爭賠償;邊界問題可以以寇松照會為原則進行商討。但波軍必須在一個月內復員，波蘭武裝力量為五萬人；為了維持秩序，建立由工人組成的民兵代替波軍；停止波蘭軍火生產和復員軍事工業，禁止在波蘭製造武器和戰爭物資。波蘭承擔責任，為在戰爭中戰死、受傷或致殘的公民家庭分給土地”。
這樣，在最大限度地削弱波蘭戰爭機器的同時，還為波蘭實行土地國有化、進行蘇維埃革命創造了條件。條件確實是苛刻了一點。但英法兩國都認為波蘭已無路可走。鑑於波蘭嚴重的形勢，英國首相勞合•喬治在下議院公開建議波蘭接受蘇俄的和平條件，但遭到畢蘇茨基拒絕。畢蘇茨基認為這樣的條件對他所代表的地主和資產階級的政府而言就意味著死亡。面對蘇俄的嚴重軍事威脅，畢蘇茨基的沉著冷靜起著重要作用，他進行了戰爭動員，發表了著名的告波蘭共和國軍人書：“我們的墳墓埋葬著五代戰士的白骨，我們的理想，我們的波蘭，我們輝煌的家園，你們的祖國正注視著你們，她在顫抖，我們年輕的自由，還要作最後一次努力，波蘭共和國的軍人們，我們不會忘記你們，一切都是為了你們。”
另一方面，紅軍的戰略戰術在這一關鍵時刻出現了一系列失誤。7月23日，紅軍總司令加米涅夫，鑑於部隊進展順利，在2個方面軍司令員的支持下決定改變原計劃，命令西方面軍不作戰役間歇，繼續追殲敗退的波軍，至遲於8月12日攻佔華沙；西南方面軍受命不再向盧布林和華沙進攻，而轉向利沃夫。作戰計劃的這一改變，主要是因為蘇俄過分相信自已的實力，認為攻佔華沙已指日可待，無需增加過多兵力。當時的西南方面軍政委斯大林急於向利沃夫進軍，對加入華沙作戰不感興趣。蘇俄政府這時政治目標是把戰爭帶到羅馬尼亞境內，即向歐洲輸出革命，繼而引發世界革命。
政治目標妨礙了軍事行動。由於西南方面軍政委斯大林拒絕調出強悍的第1騎兵軍團加入華沙作戰，這樣就使2個方面軍的突擊向華沙進軍由向心變為離心之勢，破壞了他們之間的協同，削弱了突擊力量。西方面軍因連續作戰到8月初已疲憊不堪，實力銳減，部隊減員十分嚴重，一些團的人數僅相當於連的人數，總兵力不足4.5萬人，且彈藥與給養十分缺乏。而運送後勤補給的運輸隊還遠在400公里之外，一時無法供給。
波軍統帥畢蘇茨基憑藉個人突出的軍事才能，敏銳地捕捉到這一戰機，發現了紅軍的薄弱環節，趁機調集了預備隊，調整了兵力部署。波蘭軍民此時的民族情緒高漲，英法等國的軍事顧問團幫助畢蘇茨基出謀劃策，併為此向波蘭提供了大量的軍事援助，雙方力量對比開始發生有利於波軍的變化。
8月13日，圖哈切夫斯基的西方面軍向華沙發起進攻，但由於兵力分散，沒有取得明顯的突破。8月15日，畢蘇茨基指揮的波蘭騎兵師突然楔入正在向華沙進攻的紅軍第4集團軍和第15集團軍之間，以迅雷不及掩耳之勢切斷了二者之間的聯繫，將第4集團軍完全與主力隔離開來。與此同時，向華沙進攻的第3、第15集團軍遭到了以波軍第5集團軍為主的守軍的頑強抵抗，進展甚微。
8月16日，波軍全線反擊。以騎兵為主力的波軍第3、第4集團軍在強行突破60—80公里之後，突然出現在紅軍第16集團軍後方，使正在進攻中的第16集團軍完全猝不及防，迅速潰退。第3、第15集團軍的側後隨之暴露。與此同時，防守華沙的第1、2、5集團軍也全力出擊。
畢蘇茨基的奇兵終於收到了超乎預想的效果。
波軍堅決迅猛的進攻很快造成了雪崩效應，蘇俄紅軍的左翼、中路、右翼依次被席捲，第16、第3、第15、第4集團軍先後遭到嚴重打擊。由於通信不暢，直至18日，圖哈切夫斯基才收到16集團軍遭到進攻的報告，隨即下達了全線撤退的命令。然而，落後的通訊條件、戰場指揮官的判斷錯誤和反應遲鈍使紅軍失去了撤退的寶貴時間，波軍對紅軍各部隊的分割包圍已經形成。第16集團軍最先喪失了戰鬥力，第15、第3集團軍在經過短暫而激烈的戰鬥後也基本瓦解，被迫撤退。第4集團軍起初沒有認識到戰局的嚴重性，還在按預定計劃向敵軍進攻，接到撤退命令後，在波軍重兵圍困之下進行了頑強的突圍作戰。經過苦戰，第4集團軍終於未能突破重圍，大部傷亡。餘部和第15集團軍的部分兵力被迫退入東普魯士境內，在那裡被解除了武裝。8月25日，畢蘇茨基下令停止追擊。蘇俄紅軍損失慘重。
據戰後波蘭官方公佈，蘇軍共計損失15萬人，有6.6萬人被俘，3萬多人在普魯士境內被解除武裝，波軍繳獲大約230門大炮，1000餘挺機槍和大量的彈藥。9月12日，趁俄軍立足未穩，波軍恢復了攻勢。到9月28日，波蘭軍隊已經攻佔了平斯克以南到捷爾諾波爾一線的地區。10月，波蘭和蘇俄達成了停戰協議，次年3月雙方簽訂了《里加條約》，其主要內容是：締約雙方承認烏克蘭和白俄羅斯的獨立，劃定了波蘭東部邊界（將烏克蘭和白俄羅斯的西部地區劃歸波蘭）。這時波俄邊界線約在寇松線以東240公里處。根據該條約，波蘭獲得西烏克蘭和西白俄羅斯以及立陶宛的一部分。蘇俄在這場戰爭中損失了大片領土，這也為二戰時蘇聯和德國分割波蘭埋下了伏筆。
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