Вечером 19 сентября Молотов вызвал Шуленбурга и заявил ему, что "начальник оперативного отдела вермахта Варлимонт показал вчера исполняющему обязанности советского военного атташе в Берлине карту, на которой нанесена будущая "граница рейха". Она проходит вдоль Вислы, идет через Варшаву, но дальше нанесена так, что Львов остается на немецкой стороне". Это противоречит московским соглашениям и вызывает удивление советского правительства. Шуленбург ответил, что произошло недоразумение, так как на карте, видимо, была показана временная демаркационная линия, тем не менее он запросил в Берлине инструкций691 . В тот же день Молотов заявил Шуленбургу, что обоим правительствам пора окончательно определить структуру польских территорий. Если раньше советское правительство предполагало сохранить существование остатков Польши, то теперь оно готово разделить Польшу по линии четырех рек. "Советское правительство желает немедленно начать переговоры по этому вопросу и провести их в Москве, поскольку такие переговоры с советской стороны обязаны вести лица, наделенные высшей властью, не могущие покинуть Советский Союз"692 .
Получив в 2.00 17 сентября сообщение о переходе Красной армией польской границы, германское командование в 7.00 отдало приказ войскам остановиться на линии Сколе - Львов - Владимир-Волынский - Брест Белосток693 . 20 сентября Гитлер установил "окончательную демаркационную линию", на которую должны были отойти германские войска: Ужокский перевал Хыров - Перемышль - р. Сан - р. Висла - р. Нарев - р. Писса - граница рейха694 . Как отметил в своих воспоминаниях Г. Гудериан, оставление Бреста русским "мы считали невыгодным"695 . В тот же день вечером Молотов в беседе с Шуленбургом заявил, что советское правительство не может одобрить эту линию от Перемышля до Турки и Ужокского перевала, а настаивает на линии по верховьям р. Сан. Надо учитывать, что это украинская территория. В обмен на нее советское правительство "готово уступить Сувалки и окрестности с железной дорогой, но не Августов"696 . Кроме того, Молотов предложил текст советско-германского коммюнике о советско-германской демаркационной линии в Польше, которое не вызвало возражений в Берлине. Германская сторона согласилась на передачу ей Сувалок в обмен на территорию вдоль верховьев р. Сан, но попыталась получить также и Августов с окрестными лесами697 .
Германское и советское командование поддерживали контакты через военных атташе698 . С ночи 20 сентября 1939 г. германский военный атташе в Москве генерал-лейтенант
Э. Кестринг пытался урегулировать ситуацию под Львовом. В 00.30 Кестринг по телефону сообщил: "1. Восточнее Львова советские танки столкнулись с немецкими войсками. Есть жертвы. Идет спор о том, кто должен занять Львов. Наши войска не могут отходить, пока не уничтожены польские войска. 2. Германское командование просит: а) Принять меры к урегулированию этого вопроса путем посылки туда делегата; б) Иметь на танках какие-то отличительные знаки; в) С осторожностью подходить к демаркационной линии"699 . В 10.20 Кестринг вновь по телефону сообщил советскому командованию: "Я получил сообщение из Берлина, что командование танковых советских войск отдало приказ наступать на Львов. Часть наших (немецких) войск находится во Львове. Главное командование германской армии просит командование советских войск и я прошу маршала отменить наступление танковых советских войск, так как это для нас невыгодно, ибо справа и слева от нас находятся еще польские части. Если нужно выслать делегатов для переговоров, то главное командование германских войск это сделает немедленно и пошлет на самолетах в любой пункт своих представителей по указанию советского командования. Прошу немедленно об этом довести до сведения маршала и срочно сообщить мне его решение".
В 11.20 Кестринг передал по телефону предложение германского командования взять город совместным штурмом с Красной армией, а затем передать его советской стороне700 . Однако неуступчивость Москвы привела к тому, что германское руководство приказало "действовать совместно с русскими", и было решено, что "немецкие войска очистят Львов". Командование сухопутных войск вермахта восприняло это решение как "день позора немецкого политического руководства"701 . В 11.40 Кестринг по телефону сообщил, что "Гитлер отдал приказ о немедленном отводе немецкие войск на 10 км западнее Львова и передать Львов русским". В 12.45 Кестринг прибыл к Ворошилову и заверил его, что по личному приказу Гитлера вермахт будет отведен на 10 км западнее Львова. На замечание Ворошилова, "чем вызваны такие недоразумения, доходящие до отдельных стычек со стороны германских войск и в то время, как нашим войскам даны четкие и твердые указания о линии поведения при встрече с германскими войсками, Кестринг сказал, что это был, к сожалению, местный маленький инцидент и что приняты все меры к неповторению подобных случаев в будущем. Как было договорено в присутствии Риббентропа, линия рр. Писса, Нарев, Висла, Сан никем оспариваться не будет.