Переговоры еще продолжались, а войска Белорусского округа уже получили боевой приказ № 2, которым устанавливались время и места перехода границы Литвы, который начался в 15 часов 15 июня. 16-й особый стрелковый корпус должен был занять Каунас и близлежащие мосты и удерживать их до подхода основных сил 11-й армии, в авангарде которой следовал 6-й кавалерийский корпус Еременко. Несмотря на приказ генерала Виткаускаса о лояльном отношении к советским частям, при переходе границы советскими войсками имели место отдельные стычки с литовскими военнослужащими. Не поспевая усваивать меняющиеся политические установки, красноармейцы без затей разоружали супротивника и брали его в плен. Начальство потом разберется. Разведгруппа 185-й стрелковой дивизии, перейдя границу, захватила литовскую заставу, зарубив при этом одного солдата.
Еременко, однако, предпочитал вспоминать о букетах и улыбках: «Население очень тепло встречало наших бойцов. Несмотря на злобную пропаганду, которую вела клика Сметоны против Советского Союза и Красной Армии, повсюду, начиная от границы, мы видели радостные лица, слышали приветствия. Это означало, что трудовой народ понимал происходящие события. Наши бойцы, чувствуя это, держали себя достойно и тепло отвечали на приветствия трудящихся. Через г. Каунас корпус прошел в парадной кубано-терской и донской казачьей форме. Хороший внешний вид и отличная подготовка воинов 6-го кавалерийского корпуса вызывали восхищение жителей Каунаса. Даже некоторые военные атташе зарубежных государств, которые были тогда в Каунасе, не могли не высказаться похвально о советской кавалерии и танковых частях. Их поразила высокая организованность и дисциплина советской конницы и танковых частей. На следующий день в 20.00 я был уже в Шауляе…»
В два дня красные полки заняли большую часть территории Литвы. Президент Сметона вместе со своей «кликой», не дожидаясь, когда за ним придут, бежал в соседнюю Германию. Так поступили не только члены литовского правительства, высшие военные чины и дипломаты, но и целые воинские подразделения литовской армии, нелегально переходившие германо-литовскую границу и сдававшиеся немцам.
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 Удентыньш – 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.