波乌联军的有限胜利只持续到5月24日。红军第一骑兵军在西蒙·布琼尼将军的指挥下开始进攻基辅波军，激烈的战斗持续到6月，波军虽然勉强维持防线但已是强弩之末，特别是漫长的战区已经早已达到波军后勤供给的极限，毕苏斯基下令在补给断绝前撤退。

5月29日，红军第1骑兵军4骑兵师对沃达卡村的波军发动突袭，波兰第16乌兰骑兵团与对手的哥萨克骑兵团进行肉搏战，经过三天的殊死较量终于击退了红军的进攻。但这种战术胜利对全局于事无补。

布琼尼的骑兵军越战越勇，在6月5日突破了波军防线，6月13日夺回了基辅。在毕苏斯基的指挥下，波军败而不溃，有序撤到了一个月前的位置，红军也在乌克兰进行休整。由于战事扩大，双方也展开了舆论攻势。列宁斥责波兰发动了帝国主义的侵略行动，还指控波军破坏了基辅城基建和古迹建筑，但波军在一个月的军事行动里只炸毁了第聂伯河的桥梁。针对红军屠杀平民、烧毁村庄的说法也出现了，红军予以强烈否认。

6月到7月双方进行了艰苦地鏖战，虽然红军的强大攻势被勉强遏制，但波军的几次反击也全部失败，此时战线已经进入波兰境内。波军的数量无法充分填充200公里的广阔战线，但还是机械地采用了一战的老办法，为后面的更大失败埋下了隐患。约12万红军在图哈切夫斯基的指挥下在7月份针对波军防线的薄弱点展开全面突击，红军局部以多打少的策略取得成功，波军处处设防的结果就是处处破防，被迫继续后撤。但因为波军的顽强抵抗，红军也无法打出决定性地歼灭战。战争进行到这里，已经从双方争夺乌克兰变成了红军全面进攻波兰，新生的波兰政权要为生死存亡而战了。

7月20日，经过三天激战，格罗德诺战役以波军惨败告终，涅曼河防线不复存在，波军必须继续后撤拱卫布格河防线。红军充分贯彻机动作战，在骑兵军的辅助下快速切割波军防线，波军为他们僵硬的阵地战策略付出了高昂代价。波军的后备兵源也开始枯竭，红军以每天20英里的速度推进，波军在布格河防线艰苦作战，勉强推迟了红军一周的攻势。至于乌克兰战区，波军已被完全赶了出去。但南部战区在八月底逐渐好转，波军在卢沃、布罗迪等战略要地的防御取得成功，还对部分红军实施了反包围。但这时华沙已经危在旦夕，图哈切夫斯基下令红军要在8月12日占领波兰首都。

8月12日，苏波战争迎来了决战，华沙战役打响。华沙的防守力量约为46,000步兵、2,000骑兵、730挺机枪、192门火炮和几辆轻型坦克。但约有11万波军参加了整个战役，红军的数量略多一点，双方的人数差距并不大。波兰政府在1920年7月3日成立了国防委员会，波兰社会被动员起来了，八万人的志愿军被建立，妇女踊跃帮助后勤，此时整个波兰的作战力量超过了90万人。

失败的恐慌笼罩了华沙城。历史上，这座命运多舛的城市多次陷于敌手，波兰人对能否守住他们的首都心怀忧惧。外国使节早已逃离了华沙，列强屏息凝神地注视着华沙战役的情况，并异口同声地做出了最坏的预言：一溃千里的波兰人不可能在红军的猛烈攻势下幸存，波兰将再次灭亡，欧洲旧秩序将被列宁彻底埋葬。难以想象的巨大压力落在了毕苏斯基的肩膀上，他深知这一战关乎波兰民族的生死存亡，如果丢掉华沙，一切就结束了。毕苏斯基在贝尔维德宫的办公室烟雾缭绕，8月5日凌晨，他交出了修订的作战计划。

计划并不复杂。中路波军后撤，让出维斯瓦河防线，由哈勒将军指挥的第1、2集团军死守华沙桥头堡，不惜一切代价阻止红军主力向西推进；北线命令战略预备队西科尔斯基将军的第5集团军保卫莫德林要塞，防止红军从北部包抄华沙；最重要的在南线，在这里由毕苏斯基亲自指挥约20,000人的精锐突击军负责在苏军进攻的西南方薄弱点发起猛攻，意图切断苏军主力退路，配合其他部队打一波反包围的歼灭战。这份计划在波军总参谋部引起争议，许多军官斥责其相当业余，法国军官团也认为毕苏斯基泥腿子一个，缺乏正规军事教育。红军在进攻时曾缴获了这份计划的副本，布尔什维克的军事家也认为它不切实际，并未认真理会。甚至事后毕苏斯基回忆起来，也承认这是一次豪赌，但无人能预测未来。

1920年8月13日，红军先头部队在拉兹敏镇受到了波兰守军的奋勇抵抗，拉兹敏战役（Battle of Radzymin）打响，这座小镇距离华沙仅有20公里，红军指挥官甚至可以从望远镜窥见华沙城堡广场的尖顶。第一天，红军集结了波兰守军三倍的重炮猛轰拉兹敏镇的波军阵地，波军伤亡惨重，在19:00被迫撤退。战败的消息传到华沙，引起了民众恐慌。红军士气大振，认为波兰的覆灭近在咫尺了。8月14日，经过一夜准备，立陶宛-白俄罗斯第1师两个步兵团的波军对红军左翼发起突袭。士兵们知道这一战意味着什么，他们齐声高唱“波兰不会灭亡”，对红军发起无畏的冲锋。至中午，波军夺回了拉兹敏镇。红军当然不会放弃，在接下来的两天里，双方围绕这座小镇展开了绞肉机般的惨烈战斗。北部莫德林要塞的守军为了减轻拉兹敏的压力，被迫提前发动反攻。16日战斗结束，小镇易手三次，基本被夷为平地。但红军攻占拉兹敏的计划失败，波军在中线迅速反推，将红军赶回了几天前的阵地。

红军在中路攻击受阻，北线也被莫得林要塞缠住无法分身。8月16日，毕苏斯基亲率第5师从南部的维普策河向北发动反击。在华沙桥头堡打得筋疲力尽的红军猝不及防，无力防御毕苏斯基的突然袭击，被打得节节败退。18日，毕苏斯基下达命令，要求波兰全军迅速发动反击。他的突击集群从东西部红军之间撕开了一道缺口，准备切断红军的退路。同一天，图哈切夫斯基为了挽救他的军队而下达撤退命令。红军起初试图进行有限后撤，然后重整部队发动反扑，但没有成功。波兰第一军团步兵师为截住红军，从鲁巴托夫出发，每天强行军21小时，仅用六天就抵达262公里之外的比亚韦斯托克，击溃并俘虏了红军第16军团。8月17日的扎德沃兹战役中，守卫村子的波军以全体阵亡的代价拖住布琼尼的第一骑兵军24小时，为前线波军完成合围做出了巨大贡献。

19到20日，由于退路被截断，前线红军陷入灾难性的混乱中。一些师继续向华沙靠拢，一些师开始溃退，图哈切夫斯基和前线的大部分军队都失去了联系。波军从北到南发起全线反攻，红军开始大规模溃败，图哈切夫斯基只能下令部队后撤到布格河。8月30日，布琼尼指挥第一骑兵军向北进攻，意图进攻毕苏斯基的侧翼，为己方主力后撤争取时间。布琼尼在8月30日抵达扎莫希奇镇，但这里有波军重兵把守，无法强攻。布琼尼决定向西行进绕过这里，但受到波兰第11、第6骑兵师的顽强堵截，1813年以后最大规模的骑兵会战爆发。布琼尼虽然有17,500名士兵，是对手的十倍兵力，但因为缺乏配合没有发挥数量优势，被波军逐个击破。这场战役波军损失约500个骑兵，红军损失约4,000骑兵，第一骑兵军损失非常惨重，因丧失战斗能力而退出了前线。

8月31日，华沙战役基本结束，波军约4,500人阵亡，26,000受伤，10,000人失踪。红军约15,000~25,000人阵亡或失踪，65,000人被俘。波军能取得胜利，与强大的密码破译技术有直接关系，红军的主要军事电文被破译之后，战争主动权就易手了。同时，训练有素的蓝军与多支波军合并，他们的侦察机也做出了重要贡献。红军失败的主要原因归咎于获取情报的滞后，再加上波军的有意破坏，导致前线红军与指挥部迅速失去了联系。各自为战的红军缺乏通讯和弹药，而且在长期战斗中疲惫不堪，很难在波军的围攻下做出有效抵抗。

虽然毕苏斯基在华沙取得了奇迹般的胜利，但红军还有一战之力。在波军重整军队时，图哈切夫斯基成功收拢军队，于9月份备考涅曼河建立格罗德诺防线，意图阻止波军的反攻。9月15日，毕苏斯基指挥96,300波军向东进攻，与驻守在格罗德诺地带的约十万红军交火。毕苏斯基意图在红军进一步增援抵达之前赢得胜利，他命令第2、第4军正面佯攻格罗德诺，其余部队从北部迂回夹击红军。战斗在20日打响，毕苏斯基仅用五天时间就突破涅曼河防线，切断红4军补给线并围歼大部守军。图哈切夫斯基在25日下令全线后撤，波兰伤亡人数在7,000人左右，约40,000红军被歼灭，波军取得涅曼河战役的决定性胜利。到10月中旬，波军前锋已经抵达明斯克一线，列宁被迫求和，波兰也筋疲力尽，双方再一次坐到谈判桌前。

最早在1920年8月17日，双方就准备在明斯克谈判了。起先红军在战争中处于上风，所以条件较为苛刻，但华沙-涅曼河战役结束后，红军就必须把态度放低一些了。9月21日，双方代表在里加继续谈判，10月12日正式停战。这里需要说明的是，波方代表并不是毕苏斯基的支持者，而是国家民族党的人。换句话说，这次谈判的内容并不是毕苏斯基掌控的，外交大权掌握在波兰议会与德莫夫斯基手中。里加和谈的结果及其后果充分显示了波兰第二共和国前期的路线分裂和政治斗争情况，即单一民族波兰与多民族联邦理念的冲撞。

毕苏斯基在和谈中处于被动地位，一方面他身处前线无法返回华沙，另一方面德莫夫斯基的单一民族策略已经得到了验证，它更加严酷，也更现实。国家民主党需要在大选中获得更多波兰公民的支持，如果波兰领土在东部扩张太多，势必会削弱波兰的民族单一性，也会让党派在选举中陷入不利的地位。基于这个逻辑，波方代表主动放弃了包括明斯克在内的许多占领区，将它们拱手让给苏俄。波兰的领土扩张是有限的，仅比1793年第二次瓜分后的东部边境扩展了一小部分。此外，波兰获得“瓜分补偿”，价值约3000万卢布的黄金、约2900万卢布的铁路系统，苏俄还把从波兰掠夺的艺术品珍宝还给了对方。

《里加条约》是一个充满妥协精神的，令所有人都不满意的条约。在苏维埃政权领导人看来，这是可耻地失败，是武装输出革命的巨大挫折。国联一开始甚至不承认条约，因为苏波无视他们擅自签约，也不遵守列强划定的“寇松线”。“寇松线”是波兰刚复国时，英国外交大臣乔治·寇松（George Curzon）为波兰划定的东部边境线。但“寇松线”在局势动荡的东欧没有得到任何一方的承认，尽管寇松线较为公正地按照民族聚集区划分领土，但在英法无力触及的地方，强权胜过一切。

波兰方面，德莫夫斯基声威大振，因为这是毕苏斯基及其联邦方案的重大失败。但毕苏斯基的支持者对此报以强烈反对，毕苏斯基从军事角度批评《里加和约》，因为苏波单独讲和已经严重违背了一年前的《华沙条约》，波兰永远失去了乌克兰这个潜在盟友。另一大隐患就是领土变迁引起的民族矛盾，尽管德莫夫斯基阻止了波兰向东继续扩张，但新国界内的边境地区仍然有大量乌克兰、白俄罗斯等少数民族。国境变迁在民间引起了剧烈震荡，特别是在乌克兰沃伦地区，乌克兰种族主义者已经磨刀霍霍。而且客观上来说，波兰无法消化东部新领土，这里不仅无法提供经济价值，还是易攻难守之地。

1921年3月18日，双方代表签署《里加条约》，苏波战争结束。但从种种迹象来看，这是东欧诸国的又一次零和博弈，所谓的“永久和平”，也变成了20年的停战协定。