Теперь Москве следовало реализовать полученное право на ввод войск в Прибалтику. На основании директивы наркома обороны № 071 от 30 сентября была образована военная комиссия под председательством командующего войсками ЛВО командарма 2 ранга К.А. Мерецкова, целью которой было "совместно с представителями Правительства Эстонии установить пункты размещения и обсудить вопросы устройства частей Красной Армии". Директива устанавливала примерные районы дислокации войск и сроки работы комиссии. Переговоры военных делегаций сторон завершились 11 октября подписанием соглашений о размещении войск и базировании флота в районах Палдиски, Хаапсалу, на островах Эзель и Даго. В Хаапсалу советские войска размещались на время войны в Европе, но не более чем на 2 года, а КБФ на период сооружения баз получил право в течение 2 лет базироваться в Рохукюла и Таллине. Был оговорен порядок снабжения и посещения судами третьих стран районов базирования флота, причем полностью сохранялся суверенитет Эстонии, но учитывались и интересы советского флота. В соответствии с этими договоренностями в 8 часов утра 18 октября 1939 г. начался ввод в Эстонию частей Красной Армии. В Эстонию вводились части 65-го особого стрелкового корпуса (ОСК) и Особой группы ВВС, общей численностью 21 347 человек, 283 танка, 54 бронеавтомобиля и 255 самолетов541 .
Сходным порядком началась реализация договора с Латвией. В данном случае председателем комиссии Красной Армии был назначен командующий войсками КалВО комкор В.И. Болдин. Военные комиссии сторон к 23 октября выработали ряд соглашений по размещению советских войск, пунктами базирования которых становились Лиепая, Вентспилс, Приекуле и Питрагс. Ввод морских сил должен был начаться 23 октября, а сухопутных войск в район Вентспилс - Питрагс - 29 октября, в район Лиепая - 30 октября. 23 октября в Лиепаю прибыл крейсер "Киров" в сопровождении эсминцев "Сметливый" и "Стремительный". В 11 часов утра 29 октября на станцию Зилупе прибыл первый эшелон советских войск. Согласно договоренности, в Латвию прибыли части 2-го ОСК и 18-й авиабригады, в которых насчитывалось 21 559 человек542 .
Согласно директиве наркома обороны № 3427сс от 15 октября 1939 г. военную комиссию на переговорах с Литвой возглавлял командующий войсками Белорусского фронта командарм 2 ранга М.П. Ковалев. Советская делегация намеревалась вести переговоры о размещении войск в Вильнюсе, Каунасе, Шауляе, Укмерге и Алитусе, но литовская сторона категорически отказалась обсуждать такую дислокацию советских войск, предлагая разместить гарнизоны ближе к германской границе. Переговоры с Литвой завершились 28 октября подписанием соглашения о размещении советских войск в районах Новая Вилейка, Алитус, Приенай, Гайжуны. ВВС должны были разместиться в Алитусе и Гайжунах и, кроме того, получить ряд оперативных аэродромов. Войска, расположенные в Новой Вилейке и Порубанке, считались уже введенными, а остальные должны были быть введены 3 ноября. Но церемония ввода войск состоялась лишь в 10 часов 15 ноября и носила чисто символический характер, поскольку советские войска уже находились в Вильнюсе, т.е. на территории Литвы. 15-17 ноября большая часть войск была выведена из Вильнюса в места постоянной дислокации. В Литве разместились части 16-го ОСК, 10-й истребительный и 31-й среднебомбардировочный отдельные авиаполки, общей численностью 18 786 человек. Окончательно советские войска покинули Вильнюс 15 декабря 1939 г.543 Общее руководство всеми советскими войсками в Прибалтике согласно приказу наркома обороны № 0187 от 27 ноября 1939 г. был возложен на его заместителя командарма 2 ранга А.Д. Локтионова544 .
Заключение договоров с СССР и ввод частей Красной Армии в Прибалтику породили у некоторых слоев местного населения радикальные "советизаторские" настроения, которые в определенной степени нашли отклик у советских дипломатов в Таллине, Риге и Каунасе. Советское руководство, как уже говорилось, всеми силами стремившееся избежать нежелательного впечатления от договоров, прореагировало достаточно быстро и жестко. 14 октября 1939 г. Молотов указал полпреду в Каунасе Н.Г. Позднякову: "Всякие заигрывания и общения с левыми кругами прекратите". 21 октября нарком иностранных дел еще раз напомнил, что "малейшая попытка кого-либо из вас вмешаться во внутренние дела Литвы повлечет строжайшую кару на виновного... Следует отбросить как провокационную и вредную болтовню о "советизации" Литвы". 20 октября недовольство Москвы вызвала корреспонденция ТАСС из Таллина, и полпред К.Н. Никитин получил указание давать твердый отпор любым действиям, которые можно истолковать как намерение "советизировать" Эстонию. 23 октября Молотов обязал Никитина "пресекать всякие разговоры о "советизации" Эстонии, как выгодные и угодные в данный момент лишь провокаторам и врагам СССР" и не вмешиваться во внутренние дела Эстонии545 .