Пополнение отрядов Махно происходило за счет присоединения петлюровских банд Левченко, Матягина, Кипоты, Живодерова. К середине сентября 1920 г. в махновском войске насчитывалось 12 тысяч человек. Такими силами всерьез бороться с Врангелем и Красной Армией одновременно было нельзя.
Перед Махно встал выбор, на чью сторону становиться. Командование Красной Армии сконцентрировало на врангелевском фронте крупные силы. Махно понимал, что, объединившись с ними, можно было выбить белых из Гуляй-Поля и примыкающих к нему территорий. Учитывал Махно и то, что настроения его «хлопцев» были все-таки на стороне Красной Армии, а не Врангеля. Это и решило выбор батьки. Он отдал приказ о прекращении военных действий против частей Красной Армии и 27 сентября 1920 г. направил своих представителей в Реввоенсовет Южного фронта с предложением помощи в борьбе с Врангелем. Махно обещал признать Советскую власть и подчиняться командованию Красной Армии.
2 октября состоялось подписание соглашения между махновцами и Советской властью. Военную часть соглашения подписали командующий Южным фронтом М. В. Фрунзе, члены Реввоенсовета Бела Кун и С. И. Гусев, с одной стороны, и представители махновцев В. Куриленко и Д. Попов — с другой; политическую часть соглашения заверили своими подписями представитель Украинского советского правительства Я. Яковлев и те же махновские делегаты. Махновцы обязались вести вместе с Красной Армией борьбу против «отечественной и мировой контрреволюции». Партизанское войско включалось в состав вооруженных сил Советской страны, «сохраняя внутри себя установленный распорядок», и должно было подчиняться оперативным приказам советского военного командования… Советское правительство обязывалось освободить из-под стражи и амнистировать арестованных махновцев и анархистов, если те обещали отказаться от продолжения вооруженной антисоветской борьбы. Махновцам была предоставлена полная свобода пропаганды анархистских идей, но в них не должно было содержаться призывов к свержению Советской власти. Было разрешено издавать в Харькове газеты «Набат» и «Голос махновца». Анархо-махновцы отказались от созыва крестьянских союзов, прекратили вести разговоры об отдельной территории для «вольного государства».
Красное командование отдало приказ о прекращении военных действий против махновцев и отвело свои части на линию Купянск — Кременная — Переездная.
Уже находясь в эмиграции, Нестор Махно писал, что его армия дважды вступала в союз с красными: «весной 1919 г. против контрреволюции казачества Дона и Деникина и в октябре месяце 1920 г. против Врангеля».