Wilno stało się nieoficjalną stolicą Zachodniej Białorusi, rozpoczął się krótki okres białorutenizacji regionu, który w mniemaniu komunistów białoruskich miał zostać wkrótce włączony do Białorusi sowieckiej.
19 września poseł litewski w Moskwie Ladas Natkevičius upomniał się o prawa Litwy do Wilna. Po ustaleniu nowej granicy niemiecko-sowieckiej 28 września, Sowieci zaprosili Litwinów do rozmów. Negocjacje trwały od 3 do 10 października. Rezultatem rozmów był „Traktat o pomocy wzajemnej i przekazaniu Wilna i Wileńszczyzny Litwie”, na mocy którego w zamian za Wileńszczyznę Litwa zgodziła się na powstanie sowieckich baz wojskowych na swoim terytorium. Traktat został ratyfikowany przez Sejm litewski 14 października. Litewscy dyplomaci nie mieli wątpliwości, że obecność wojsk sowieckich oznacza przygotowanie do aneksji. W czasie negocjacji Sowieci grozili możliwością przyłączenia Wilna do Białorusi Sowieckiej, a nawet możliwością odtworzenia Litewsko-Białoruskiej SRR. Ponadto Litwa otrzymała jedynie fragment terytorium, które w myśl litewsko-sowieckiego traktatu pokojowego z 12 lipca 1920 roku zostało przez Rosję sowiecką uznane za część Litwy. W skład Litwy weszła większość powiatu wileńsko-trockiego z Wilnem, połowa powiatu święciańskiego, oraz fragmenty powiatów grodzieńskiego, lidzkiego, oszmiańskiego i brasławskiego.