Po agresji hitlerowskich Niemiec i ZSRR na Polskę, w październiku 1939 roku powstał pierwszy polski rząd emigracyjny na czele z gen. Władysławem Sikorskim. Początkowo siedzibą rządu był Paryż, a od listopada 1939 roku do końca wojny Londyn. Rząd londyński nie ogłosił formalnie stanu wojny z ZSRR, chociaż uznawał, że ma on miejsce de facto.

Po agresji Niemiec na ZSRR w czerwcu 1941 roku, Wielka Brytania była żywo zainteresowana pozyskaniem ZSRR jako swojego sprzymierzeńca, dlatego też dążyła do normalizacji stosunków polsko-radzieckich, które zerwane zostały we wrześniu 1939 roku. Rokowania, które ze strony ZSRR prowadził ambasador radziecki w Londynie Iwan Majski były bardzo trudne. Podstawowym problemem był przebieg granicy polsko-radzieckiej. Rząd londyński nie uznawał jakichkolwiek zmian swojej granicy wschodniej, a strona radziecka powoływała się na decyzje Zgromadzeń Ludowych Zachodniej Ukrainy i Zachodniej Białorusi, które postanawiały o przyłączeniu tych obszarów do ZSRR. Ostatecznie układ znany jako układ Sikorski-Majski podpisano 30 lipca 1941 roku. Stwierdzał on nieważność układu Ribbentrop-Mołotow, przewidywał wspólną walkę z hitlerowskimi Niemcami, wznowienie stosunków dyplomatycznych oraz utworzenie na terenie ZSRR Armii Polskiej, której dowództwo mianowane przez rząd polski miało być uzgadniane z ZSRR, operacyjnie wojsko to podlegać miało również dowództwu ZSRR. Dołączony do układu protokół przewidywał ogłoszenie amnestii dla obywateli polskich na terenie ZSRR po nawiązaniu stosunków dyplomatycznych. Oznaczało to potraktowanie ofiar komunistycznego terroru jak zwykłych przestępców. ZSRR nie interpretował też postanowień układu jako powrotu do granic ryskich, czego domagała się strona polska.

14 sierpnia 1941 roku podpisano polsko-radziecką umowę wojskową precyzującą warunki tworzenia armii polskiej w ZSRR. Jej dowództwo powierzono gen. Władysławowi Andersowi. Do ośrodków formowania wojska masowo napływali Polacy. W trakcie wizyty w Moskwie w grudniu 1941 roku gen. Sikorski podnosił sprawę granic polskich i utrudnień w docieraniu ochotników polskich do miejsc werbunkowych, a także kwestię zaginionych oficerów polskich. W wyniku rozmów uzgodniono jedynie, że armia polska będzie liczyć 96 tysięcy żołnierzy. 27 tysięcy z nich miało zostać ewakuowanych do Iranu, by wesprzeć tam działania Brytyjczyków. Churchill domagał się ewakuacji całej armii polskiej z ZSRR i postawienia jej do dyspozycji Brytyjczyków na Bliskim i Środkowym Wschodzie. Dlatego też Wielka Brytania opóźniała dostawy uzbrojenia i sprzętu dla wojska polskiego w ZSRR.

Gdy ZSRR w 1942 roku zmniejszył racje żywnościowe dla Polaków po odmowie udziału w walkach 5 dywizji, większość sił została ewakuowana do Iranu, a w ZSRR pozostało 44 tys. żołnierzy polskich. W odpowiedzi ZSRR wstrzymał werbunek i zlikwidował delegatury ambasady polskiej w ZSRR. W lecie 1942 roku zdecydowano na przerzucenie do Iranu całości sil polskich. Spowodowało to cofnięcie zobowiązania ZSRR co do uznawania za obywateli polskich mieszkańców Zachodniej Ukrainy i Białorusi narodowości polskiej. Z ewakuowanych żołnierzy polskich utworzono Armie Polską na Wschodzie, która była podstawą utworzonego później Drugiego Korpusu Polskiego. Tworzyła go 3 Dywizja Strzelców Karpackich dowodzona przez gen. Stanisława Kopańskiego, 4 Dywizja Strzelców Kresowych na czele z gen. Gustawem Paszkiewiczem oraz artyleria. Korpusem dowodził gen. Anders. Po odbytym przeszkoleniu w Palestynie został on przerzucony na front włoski.

W kwestii granic polskich w grudniu 1941 roku Stalin ujawnił Anglikom swój plan oparcia polskiej granicy zachodniej na Odrze z włączeniem Prus Wschodnich, a granica wschodnia miała przebiegać zgodnie ze stanem sprzed 1941 roku. Anglicy w marcu 1942 roku, mimo protestów polskich, wyrazili zgodę na przebieg granicy zachodniej zgodnie z planem Stalina, ale kwestię granicy wschodniej uzależnili od tego czy ZSRR wygra wojnę. Roosvelt oficjalnie twierdził, że nie uznaje żadnych rozstrzygnięć terytorialnych przed zakończeniem wojny i podtrzymuje polskie stanowisko, ale nieoficjalnie USA twierdziły, że ZSRR wyjdzie z wojny jako mocarstwo i nie powinna mu w tym przeszkadzać suwerenność innych państw.

Tymczasem sytuacja stawała się coraz bardziej napięta, a do zerwania polsko-radzieckich stosunków dyplomatycznych doprowadziła kwestia Katynia. W kwietniu 1943 roku Niemcy w lasach katyńskich niedaleko Smoleńska odkryli masowe groby polskich oficerów. Odpowiedzialnością za mord obarczyli radzieckie służby bezpieczeństwa. ZSRR zdecydowanie zaprzeczył twierdząc, że dokonali tego Niemcy. Rząd polski nie podejmując żadnych pochopnych decyzji czekał na ekspertyzę Międzynarodowego Czerwonego Krzyża. ZSRR uznając wystąpienie Polaków o zbadanie sprawy do Czerwonego Krzyża bez porozumienia z Moskwą za niesubordynację i akt wrogi zerwał stosunki dyplomatyczne 25 kwietnia 1943 roku. Groby katyńskie badane były przez Czerwony Krzyż w kwietniu 1943 roku. Uznano, że mordu dokonano wiosną 1940 roku, tym samym nie było szansy, by dokonali go Niemcy, gdyż na terenie ZSRR pojawili się przecież dopiero w czerwcu 1941 roku. Komisja radziecka w 1944 roku orzekła, jednak że zbrodnia miała miejsce jesienią 1941 roku i tym samym odpowiedzialność za nią spada na hitlerowskie Niemcy. Takie stanowisko podtrzymywane było przez ZSRR do 1989 roku.

Mimo zabiegów USA i Wielkiej Brytanii, jak się okazało nie było już szans na nawiązanie dialogu miedzy rządem londyńskim a ZSRR. Do wznowienia stosunków polsko-radzieckich miała prowadzić podróż gen. Sikorskiego na Bliski Wschód. Szansę na porozumienie widział on jedynie w bezpośrednich kontaktach ze Stalinem, w rozmowach polsko-radzieckich bez udziału sił trzecich, dlatego miał nawet zamiar usunąć ze swojego najbliższego otoczenia i armii przeciwników tego pomysłu. Zamierzeń swych nie zdążył zrealizować, ponieważ wracając z Bliskiego Wschodu zginął w katastrofie lotniczej w Gibraltarze w lipcu 1943 roku.

Nowym premierem został Stanisław Mikołajczyk, a w rządzie dominowali socjaliści i ludowcy. Najważniejszym zadaniem ogłoszono normalizację stosunków z ZSRR, ale zgodnie z układem Sikorski-Majski, co oznaczało trzymanie się przedwojennej granicy wschodniej. Tymczasem ZSRR dopuszczał możliwość nawiązania stosunków, tylko w przypadku rezygnacji z granicy ryskiej i wyeliminowani z rządu londyńskiego przeciwników ZSRR. Na te warunki rząd Mikołajczyka nie mógł przystać.

Na konferencji w Teheranie ostatecznie przekreślono polską granicę wschodnią zgodną z traktatem ryskim. Przystano na propozycję Churchilla, by Polska znajdowała się pomiędzy linią Curzona a Odrą z włączeniem Prus Wschodnich, ostateczne jednak ustalenie granic odłożono na okres powojenny.

Żadnych pozytywnych rezultatów nie przyniosły wizyty Stanisława Mikołajczyka w Moskwie w 1944 roku. Po zainstalowaniu w Polsce PKWN, a następnie Tymczasowego Rządu Jedności Narodowej przedstawiciele polskich i radzieckich władz komunistycznych bardzo szybko nawiązali przyjazne stosunki miedzy obydwoma krajami.