25 сентября Сталин вновь вызвал к себе посла, чтобы заявить ему: при окончательном урегулировании польского вопроса следует избежать всего, что в будущем могло бы вызвать трения между Германией и Советским Союзом. Со словами, что если с этой точки зрения «сохранение самостоятельного остатка Польши кажется ошибочным», Сталин предложил внести в секретный дополнительный протокол следующее изменение предусмотренной ранее демаркационной линии: Литва должна быть включена в советскую сферу влияния, за что Германия может быть компенсирована расположенной между Вислой и Бугом польской территорией, которая охватывает Люблинское и Варшавское воеводства. В случае согласия Германии, добавил Сталин, Советский Союз немедленно приступил бы к решению проблем Прибалтийских государств в соответствии с соглашениями от 23 августа и ожидает при этом безоговорочной поддержки со стороны германского правительства.
Для переговоров по этому предложению 27 сентября в 5 часов дня в Москву со вторым визитом прибыл Риббентроп. На аэродроме приветствовать его собралось много высоких партийных функционеров и несколько высших офицеров Красной Армии, был выстроен почетный караул. Переговоры со Сталиным и Молотовым начались 27 сентября поздно вечером, продолжались во второй половине следующего дня и закончились ранним утром 29-го подписанием договора о границе и дружбе, который вошел в историю с датой 29 сентября 1939 г. В качестве важного пункта он содержал договоренность о разграничении сфер влияния согласно сталинскому предложению. Одновременно обе стороны договорились о начале экономических переговоров, о переселении немцев из советской сферы влияния в Германию, а также о многом другом. Входе переговоров со Сталиным Риббентроп высказал большой оптимизм насчет военного положения Германии и подчеркнул, что Германия не нуждается ни в какой военной помощи Советского Союза, но рассчитывает на поставку важных военных материалов.
Вечером 28 сентября Молотов дал в честь Риббентропа банкет, на котором вместе со Сталиным присутствовали многие высокие советские руководители, такие как Микоян, Каганович, Ворошилов и Берия. Сталин был в весьма хорошем расположении духа, и Риббентроп позже не раз повторял: «Я чувствовал себя в Кремле так хорошо, словно находился среди старых национал-социалистических партайгеноссен».