23 июня Молотов заявил германскому послу Шуленбургу о намерении СССР в ближайшем будущем присоединить к себе не только Бессарабию, но и Северную Буковину и обещал учитывать германские экономические интересы в Румынии. Шуленбург заявил, что, поскольку Буковина не фигурировала в секретном протоколе, он должен запросить Берлин. 25 июня в Москву поступил ответ от имени Риббентропа. Он заявил о неожиданности претензий на Буковину, просил учесть интересы проживавших там и в Бессарабии немцев, но заверил, что Германия будет соблюдать пакт о ненападении. В то же время Риббентроп выразил готовность повлиять на Румынию в плане мирной уступки этих территорий, чтобы Румыния не превратилась в театр военных действий. В тот же день в войска Южного фронта поступила директива о проведении политработы в период войны с Румынией.
26 июня 1940 года советское правительство в ультимативной форме потребовало от Румынии передать СССР Бессарабию и населенную преимущественно украинцами Северную Буковину. 27 июня в Румынии была объявлена мобилизация, но Бухарест, по совету Берлина, в ночь на 28-е ультиматум принял. Утром 28 июня Красная Армия, не встречая сопротивления, вступила на территорию Бессарабии и Северной Буковины и 30 июня вышла к новой границе на реке Прут. Ввод войск растянулся на шесть дней и был замедлен из-за частых поломок советских танков и автомашин. 3 июля новая граница с Румынией была окончательно закрыта с советской стороны. Те румынские солдаты, которые не успели пересечь Прут, были обезоружены и пленены.
Никаких собственных органов власти, которые просили бы о приеме этих территорий в состав СССР, в Бессарабии и Северной Буковине не создавалось. На них сразу же была распространена деятельность молдавских и украинских советских и партийных органов. 2 августа 1940 года была образована Молдавская ССР, включившая 6 из 9 уездов Бессарабии и 6 из 14 районов Молдавской АССР. Остальные территории Бессарабии и Молдавской АССР,