16 июня советские войска получили задачу вступить на территорию Эстонии и Латвии. В 9 часов 17 июня военные уполномоченные сторон генерал Лайдонер и Мерецков встретились в Нарве, а генерал Павлов и полковник Удентынып на станции Ионишкис. Переговоры завершились подписанием соглашений о вводе дополнительных контингентов войск, в которых были указаны места временной дислокации (9 дивизий в Латвии и 12 дивизий в Эстонии) и оговаривались хозяйственные вопросы.
Развернутые на границе войска 8-й армии перестроились в походно-парадные колонны и, получив задачу занять важнейшие пункты, начали продвижение в Эстонию и северо-восточные районы Латвии. Части 65-го особого стрелкового корпуса вместе с десантом Балтийского флота заняли Таллин. Десантная операция в Гайжунах была отменена, и 720 десантников из состава 214-й воздушно-десантной бригады на 63 самолетах ТБ-3 были переброшены на аэродром Шауляя. Их придали 2-й и 27-й танковым бригадам 3-й армии, сосредоточившимся к исходу дня в районе Ионишкис. В тот же день 17 июня к 13 часам танковые бригады и части 121-й и 126-й стрелковых дивизий вошли в Ригу. Остальные части 3-й армии заняли юго-восточные, а части 2-го ОСК западные районы Латвии. В последующие дни Красная Армия продолжала оккупацию Прибалтики, которая в основном завершилась к 21 июня 1940 года.
Несмотря на мирное продвижение, советские войска имели потери, которые, по неполным данным, составили 58 человек убитыми (самоубийств — 15, погибло — 28, утонуло — 15) и 158 человек ранеными.
С 21 июня управление 8-й армии разместилось в Тарту, 3-й армии — в Риге, 11-й армии — в Каунасе. На командиров корпусов была возложена ответственность за порядок, сохранность военных объектов, взаимоотношения с вооруженными силами республик, но им запрещалось вмешиваться в политическую жизнь. Войскам было приказано «в разговорах с населением и местными властями… уважать самостоятельность литовского государства и объяснять, что Красная Армия выполняет лишь мирный договор о взаимопомощи».
Формально прибалтийские республики продолжали оставаться «независимыми», хотя уже 17 июня нарком обороны Тимошенко направил Сталину и Молотову докладную записку с планом «организационных мероприятий» на ближайшее время:
«В целях обеспечения скорейшей подготовки Прибалтийского ТВЦ считаю необходимым немедленно приступить на территории занятых республик к осуществлению следующих мероприятий: Границу с Восточной Пруссией и прибалтийское побережье немедленно занять нашими погранвойсками для предотвращения шпионской и диверсионной деятельности со стороны западного соседа.
В каждую из занятых республик ввести по одному (в первую очередь) полку НКВД для охраны внутреннего порядка.
Возможно скорее решить вопрос «с правительством» занятых республик.
Приступить к разоружению и расформированию армий занятых республик. Разоружить население, полицию и имеющиеся военизированные организации.
Охрану объектов, караульную и гарнизонную службу возложить на наши войска.
Решительно приступить к советизации занятых республик.
На территории занятых республик образовать Прибалтийский военный округ со штабом в Риге.
Командующим войсками округа назначить командующего САВО генерал-полковника Апанасенко.
Штаб округа сформировать из штаба 8-й армии.
На территории округа приступить к работам По подготовке ее как театра военных действий (строительство укреплений, перешивка железных дорог, дорожное и автодорожное строительство, склады, создание запасов и пр.).
План подготовки ТВД представлю дополнительно».
