1939年8月下旬，赫鲁晓夫是在莫斯科度过的，当时他监管着全苏农业展览会上的乌克兰展厅的工作。此时的气氛很不平静。斯大林正全神贯注于同里宾特洛甫的谈判活动，虽然赫鲁晓夫未曾参与其间，但他自然了解这项条约中包括的有关波兰的秘密条款。这项条约一经批准，他又火速返回乌克兰，投入到有关军事行动的紧张准备工作之中，因为他是基辅特别军区军事委员会的委员之一。几十个师调集到波苏边境。9月17日，这些军队越过边境占领了当时还是波兰领土的西乌克兰和西白俄罗斯地区。这场胜利实在是轻而易举。因为波兰军队几乎没有抵抗就投降了，当时它已被德军击溃正在败退之中。9月20日左右，苏联红军部队已进入西白俄罗斯的格罗德诺和西乌克兰的利沃夫。整个军事行动过程中，赫鲁晓夫一直为刚组建的乌克兰方面军而奔波操劳。10月底，西乌克兰人民议会经选举产生，并通过了一项支持该地区加入乌克兰社会主义加盟共和国的决议，赫鲁晓夫同乌克兰方面军司令员谢·铁木辛哥两人一起并排就座于会场的贵宾包厢。
这项决定造成了诸多恶果，为此以后不少人为之痛悔不已。西乌克兰地区开始有计划地采取了一系列粗率的措施以加速社会主义进程，并且驱逐了该地区许多“异己分子”。1939年向东后撤的波军残部被悉数拘押起来。在农村地区，乌克兰人确占多数，但在城市里，诸如利沃夫、鲍里斯拉夫、德罗戈贝奇和科韦耳，大多数居民却是波兰人和犹太人。而当时大批波兰难民当中的不少人已决定一旦战事平息就要重返德军占领下的波兰故土。波兰知识分子对祖国独立沦丧的速度深感震惊和悲哀。这一地区几乎没有什么共产党人，早在1937年，共产国际就已决定将波兰、西乌克兰和西白俄罗斯三个共产党全部解散，它们的领袖亦被捕并遭镇压。这一行动完全是听信诬蔑不实之谣传的后果。因此，这一地区的党组织只好草草建立，并且是东拼西凑的结果。另外，西乌克兰地区的社会主义改造搞得也过快了。银行和工商企业一律实行国有化，并建立起生产合作社。在农村地区，剥夺了富农的农场，并创立集体农庄取而代之。地主的财产则被没收。
西乌克兰地区的资产阶级陷于一片混乱，他们很清楚反抗是徒劳的，是无济于事的，因此这些改造并未遇到多少反对行动；尽管如此，还是做出决定，将某些波兰人、犹太人和乌克兰人的所谓的“社会异己分子”集团驱赶到了苏联东部地区。大多数人被流放到西伯利亚的一些小城镇。而这一切仅仅是开始。战后在西乌克兰、西白俄罗斯和波罗的海沿岸国等地区，对各种民族团体实施的分化驱逐行动变得更为迅猛。
在乌克兰的其他地区，行动则相对和缓一些。三十年代是一片动乱和绝望，先是集体化运动，接着是1932-1933年的大饥荒，后来又是1937-1938年血腥镇压所谓“资产阶级民族主义分子”和“破坏分子”的大恐怖运动，在此之后便是一个巩固喘息的时期了。商店中出现了货物，在市场能买到集体农庄供应的廉价肉类产品、牛奶和面粉。新工厂接二连三开工投产。顿巴斯的煤炭产量十年间增长了三倍。
乌克兰被视为苏联的粮仓。赫鲁晓夫发现，较之往日高居莫斯科办公室的年代，自己现在更大量的时间都要用在农业方面的工作上。他的足迹几乎遍及整个共和国的大地，到处鼓励农民力争上游夺取高产。在这方面，赫鲁晓夫又因为结识了遗传学家李森科而大受鼓舞，后者当时是斯大林的忠实门徒。
乌克兰党的领导机构几乎没有什么变动，只有伊·亚·谢罗夫被任命为内务人民委员部委员。他同赫鲁晓夫结交共事时间非常长。此外，赫鲁晓夫还与格·康·朱可夫相识并与之结下了持久的友谊。当时朱可夫取代铁木辛哥担任了基辅特别军区的司令员，而后者则被任命为苏联国防人民委员。
1940年6月底，德国不得不同意苏联的要求，在斯大林的压力下，罗马尼亚被迫“和平地”向苏联交出了整个比萨拉比亚地区以及北布科维纳，当时这里大多数居民是乌克兰人。到这时为止一直是乌克兰一部分的摩尔达维亚社会主义自治共和国又与比萨拉比亚大部地区合组为一个新的苏联加盟国——摩尔达维亚社会主义加盟共和国。比萨拉比亚的余部及北布科维纳则纳入乌克兰。此刻，几乎所有的乌克兰人都生活在一个共和国的疆域之内了。