Zawarcie sojuszu polsko-ukraińskiego w kwietniu 1920 roku przesądzało o wybuchu wojny polsko-radzieckiej, której stawką było powołanie niepodległego państwa ukraińskiego i zrealizowanie w ten sposób, przynajmniej częściowo, planów federacyjnych Piłsudskiego.
Początkowo walki toczyły się przy dużej przewadze wojsk polskich. 25 IV 1920 roku rozpoczęto ofensywę na Kijów, który zdobyty został przez gen. Edwarda Rydza Śmigłego 7 V 1920 roku. Zajęcie miasta nie oznaczało zwycięstwa w całej wojnie. Nie została naruszona siła bojowa Armii Czerwonej (gen. Michał Tuchaczewski, Anton Jegorow, Siemion Budionny), a nawet pod wpływem ofensywy polskiej zaczęli do niej wstępować pozostający dotychczas w opozycji generałowie carscy, np. Aleksiej Brusiłow. Najbardziej niedogodny dla Polaków był jednak fakt, iż fiaskiem zakończyła się próba znacznego powiększenia armii ukraińskiej. Ukraińcy bowiem, nie wierząc w polskie obietnice powołania niepodległego państwa, pozostawali bierni wobec wydarzeń wojennych. W tej sytuacji, gen. Rydz-Śmigły zdecydował o opuszczeniu Kijowa 10 VI 1920 roku, tym bardziej, że wcześniej, 5 VI 1920 roku armia konna Budionnego przerwała front pod Samhorodkiem. Odwrót dość szybko przerodził się w ucieczkę przed przechodzącymi do ofensywy wojskami radzieckimi. Armia Czerwona zajęła 14 VII Wilno, 19 VII Grodno i 28 VII Białystok. W tym ostatnim mieście ukonstytuował się, powstały w Moskwie, Tymczasowy Komitet Rewolucyjny Polski (Julian Marchlewski, Feliks Dzierżyński, Feliks Kon i inni), w pełni uzależniony od Rosji Radzieckiej i aspirujący do przejęcia władzy w Polsce. To jednoznacznie dowodziło, że celem Lenina w tej wojnie nie było tylko zapewnienie jak najkorzystniejszych granic, ale objęcie całej Polski wpływami komunistycznymi i dalszy marsz Armii Czerwonej na zachód Europy. W efekcie, gdy w sierpniu 1920 roku wojska rosyjskie doszły do linii Wisły i bezpośrednio zagroziły Warszawie, na pomoc Polsce pospieszyła Francja, sama obawiając się Armii Czerwonej. Poza uzbrojeniem wysłanym do Polski przybył tu również gen. Maxime Weygand, który służył pomocą doradczą. Bitwa warszawska, uznawana za jedną z najistotniejszych w dziejach świata, rozpoczęła się 13 VIII 1920 roku. Następnego dnia Polacy opanowali Radzymin, a 16 VIII rozpoczęli kontruderzenie znad rzeki Wieprz. 18 VIII oddziały Tuchaczewskiego rozpoczęły ostateczny odwrót z przedmieść Warszawy. Po tej bitwie losy wojny ponownie zmieniły się; do ofensywy przystąpiła armia polska. Kowel odebrano 13 IX, Łuck 16 IX, wojnę zaś zakończyła zwycięska dla strony polskiej bitwa nad Niemnem, 20-26 IX 1920 roku. 18 X nastąpiło zawieszenie broni i rozpoczęły się polsko-radzieckie rozmowy pokojowe. Korzystając z kończącej się wojny, do Wilna, zajętego wcześniej przez Rosjan i przekazanego Litwinom, wyruszył gen. Lucjan Żeligowski zajmując miasto i okolice w dniach 8-9 X 1920 roku. Oficjalnie Żeligowski działał na własną rękę bez wiedzy i zgody dowództwa polskiego (mówiło się zatem o tzw. „buncie Żeligowskiego”). W rzeczywistości jego akcja miała pełne poparcie Piłsudskiego. Doprowadziła ona do powstania tzw. Litwy Środkowej istniejącej w latach 1920-1922, po którym to okresie obszar ten znalazł się w granicach Polski (stało się to przyczyną bardzo złych stosunków dyplomatycznych polsko-litewskich przez cały okres międzywojenny). Sama wojna polsko-radziecka zaś zakończyła się podpisaniem w Rydze 18 III 1921 roku pokoju. Wykluczał on powołanie niepodległej Ukrainy i Białorusi. Wyznaczał granicę polsko-radziecką według linii frontu istniejącej w momencie zawieszenia broni (linia Dzisna–Dokszyce–Słucz–Ostróg–Zbrucz). Polska miała odzyskać także dzieła kultury zagrabione w okresie zaborów oraz 59 mln rubli jako odszkodowanie za wykorzystywanie gospodarcze ziem polskich przez rosyjskiego zaborcę.
Plakat z 1920 roku wzywający do obrony przed bolszewikami