20 сентября против Варшавы было использовано 620 самолетов люфтваффе, а на следующий день Геринг приказал сосредоточить против польской столицы основные силы 1-го и 4-го воздушных флотов. В ночь на 22 сентября немцы приступили к артиллерийской и авиационной подготовке окончательного штурма. Шквал снарядов и бомб обрушился на внешние укрепления и стратегические точки города. Уже через два дня оказались полностью выведенными из строя электростанции и телефонная сеть, замолкло радио. Город погрузился во мрак. 24 сентября германское командование решило не выпускать беженцев из города, чтобы не дать «польскому гарнизону возможности вести бои в самом городе, используя все средства».[569] 25 сентября 1 150 самолетов люфтваффе бомбили город с использованием зажигательных бомб. Волна за волной налетали немецкие бомбардировщики на жилые кварталы; не встречая почти никакого противодействия, они методически разрушали город. Госпитали, больницы были переполнены ранеными. Убитых хоронили в городских скверах, на огородах. Отсутствие воды делало невозможной борьбу с пожарами. Варшава представляла собой море пламени. Всего на польскую столицу было сброшено 5 818 тонн бомб, а всего на Польшу люфтваффе обрушили 19 589 тонн бомб, примерно столько же было сброшено на Англию за весь 1941 г.

26 сентября германские войска начали обстрел самого города. Одновременно начался общий штурм. Удар на западном участке обороны был отбит подразделениями 40-го и 41-го польских пехотных полков. Разгорелись бои также на других участках обороны. Наиболее ожесточенный характер они приняли в Черняхове и Жолибоже. В ходе боев 25–26 сентября войска 13-го армейского корпуса прорвали обе линии внешних укреплений, а части 11-го корпуса овладели первой линией фортов.[570] В 18.00 польское командование через парламентеров просило командование вермахта о предоставлении 24-часового перемирия для вывода из города гражданского населения. Эта просьба была отклонена, и у поляков потребовали прислать офицера для переговоров о сдаче гарнизона. Обстрел города продолжался.

Несмотря на то что защита столицы стала делом национальной чести, польское командование, учитывая нехватку боеприпасов, продовольствия, воды и медикаментов, пришло к выводу, что возможности обороны исчерпаны. Поэтому с утра 27 сентября оно согласилось начать переговоры, а в 13.15 28 сентября был подписан акт о капитуляции Варшавы. Значительная часть войск и жителей столицы не поддерживала решение властей о прекращении борьбы и о сдаче города. Некоторые офицеры кончали жизнь самоубийством, не желая сдаваться. Солдаты и целые подразделения игнорировали приказ о сдаче оружия на специальные пункты. Они закапывали или уничтожали свое вооружение, чтобы оно не досталось врагу.

В ходе обороны Варшавы, согласно польским данным, погибло около 5 тыс. польских военнослужащих, а около 16 тыс. были ранены. Среди гражданского населения около 25 тыс. человек были убиты, около 50 тыс. — ранены. В плен попали 5 031 офицер, 97 425 унтер-офицеров и рядовых. До 20 % зданий города оказались разрушенными, в том числе национальная святыня — Королевский замок. С вечера 29 сентября началась сдача в плен гарнизона Варшавы, а утром 1 октября в него вступила немецкая 10-я пехотная дивизия, командир которой генерал Кохенгаузен стал комендантом города. Прагу заняли части 1-го армейского корпуса 3-й армии. 2 октября в Варшаве в присутствии Гитлера состоялся парад победы вермахта.

Одновременно германские войска с 18 сентября начали атаки против Модлина. На город было брошено 550 самолетов, широко использовалась артиллерия, сухопутные части предприняли штурм укреплений. Однако поляки не только отбили атаки, но и сами предприняли 19 сентября вылазку у Нового Двора. 22 сентября город был отрезан с юга и от Варшавы соединениями 15-го моторизованного корпуса. С 24 сентября началась систематическая артиллерийская и авиационная подготовка штурма Модлина. Нехватка боеприпасов, продуктов и медикаментов вынудила командующего гарнизоном генерала Томме 29 сентября капитулировать. Около 30 тыс. польских солдат попали в плен.

Бой на косе Хель возобновились 29 сентября, когда германские войска начали атаки польских укреплений. К 1 октября им удалось прорвать несколько рубежей и занять примерно 1/3 косы. Исчерпав возможности сопротивления, польский гарнизон Хели в составе почти 4,5 тыс. человек во главе с контр-адмиралом Ю. Упругом 2 октября прекратил сопротивление.

Последним крупным столкновением германских и польских войск стали бои севернее Коцка 2–6 октября. Здесь действовала созданная еще 9 сентября и позднее отошедшая из бассейна Припяти оперативная группа «Полесье» в составе 50-й, 60-й пехотных дивизий, сводной кавдивизии, остатков Подляской кавбригады и 13-й учебной авиаэскадрильи под командованием генерала Ф. Клеэберга. Отойдя через Влодаву от советских войск, Клеэберг решил двинуться на помощь Варшаве. Однако получив сведения о капитуляции столичного гарнизона, генерал повернул свои части на Демблин, намереваясь захватить там склады боеприпасов и продовольствия для продолжения партизанских действий против немцев. 2 октября северо-восточное Коцка поляки столкнулись с 13-й немецкой моторизованной дивизией. Утром 3 октября Клеэберг атаковал противника, но нехватка снарядов вынудила его отойти и попытаться оторваться от противника. Немцы двинули на помощь своим 29-ю моторизованную дивизию, которая, действуя с запада, должна была помочь 13-й дивизии атаковать поляков с юго-востока. Клеэберг решил разбить 13-ю дивизию до подхода 29-й, и 5 октября поляки вновь атаковали. Польской кавалерии удалось прорвать левое крыло немцев и зайти им в тыл, но в разгар боя у поляков кончились боеприпасы. Поэтому утром 6 октября группа Клеэберга сложила оружие.

Так завершилась Польская кампания вермахта, и германское командование получило возможность перебросить основные силы сухопутных войск на Западный фронт против Франции.

В Москве внимательно следили за развитием событий в Европе, рассчитывая использовать их в своих интересах, которые в Восточной Европе были обеспечены договоренностью с Германией. Германское руководство, признав часть этого региона советской сферой интересов, видимо, считало, что СССР использует для ее занятия войска, что отвечало и германским интересам, поскольку в Берлине всячески подчеркивали советско-германскую «дружбу», стремясь удержать Англию Францию от вмешательства в германо-польский конфликт. Германский МИД, обеспокоенный слухами об отводе частей Красной армии с польской границы, 27 августа поручил своему посольству в Москве прояснить этот вопрос.[571] Выполняя это распоряжение, германский посол Ф. В. фон Шуленбург 29 августа выяснял у Молотова, правдивы ли подобные слухи, и передал пожелание Берлина об их опровержении в печати. Молотов поинтересовался, верит ли подобным слухам германское правительство, и после отрицательного ответа Шуленбурга согласился дать опровержение и подчеркнул серьезность, с которой советское правительство относится к пакту о ненападении.[572] 30 августа в советской прессе появилось опровержение ТАСС, в котором говорилось, что «ввиду обострения положения в восточных районах Европы и ввиду возможности всяких неожиданностей советское командование решило усилить численный состав гарнизонов западных границ СССР».[573]