Puolan offensiivi
Saksa hyökkäsikin vain hieman yli viikko sopimuksen allekirjoittamisen jälkeen Puolaan.
Neuvostoliitto miehitti Saksan hyökkäyksen kohteeksi joutuneen Puolan itäosan
17. syyskuuta 1939 alkaen vain kaksi päivää sen jälkeen, kun se oli saanut aikaan rauhan Mongolianssa
Mantšukuo nimissä sotaa käynyttä Japanin Kwantungin armeijaa vastaan käymästään rajasodasta.
Etupiirijako
Molotovin–Ribbentropin sopimuksen solmimisen yhteydessä on katsottu laaditun myös salainen lisäpöytäkirja, jossa Itä-Eurooppa jaettiin Saksan ja Neuvostoliiton etupiireihin. Latvia, Viro ja Suomi määriteltiin lisäpöytäkirjassa kuuluviksi Neuvostoliiton etupiiriin. Myös Romanialle kuuluva Bessarabia annettiin sopimuksessa Neuvostoliitolle. Lisäksi Puolan kohtalon katsottiin ratkeavan myöhemmän kehityksen perusteella. Kyseisen lisäpöytäkirjan yhtään alkuperäistä kappaletta ei ole löydetty arkistoista. Yhdysvaltalaiset joukot löysivät siitä otetuksi väitetyn mikrofilmin toisen maailmansodan jälkeen. Lisäksi lisäpöytäkirjan olemassaolo on päätelty toissijaisesta lähteistä. 28. syyskuuta 1939 tehdyllä lisäsopimuksella Liettua siirrettiin Neuvostoliiton etupiiriin ja vastaavasti rajaa Puolan alueella korjattiin natsi-Saksan hyväksi. Samana päivänä annetulla uhkavaatimuksella Neuvostoliitto pakotti kaikki kolme Baltian maata sallimaan Puna-armeijan joukkojen sijoitus vuokrattaviin tukikohtiin niiden maaperälle.
Neuvostoliitto pyrki Molotov–Ribbentrop-sopimuksen suoman Saksan puolueettomuuden turvin miehittämään Suomen aloittaen talvisodan, joka päättyi alueluovutuksiin Neuvostoliitolle. Saksan voitettua Ranskan kesäkuussa 1940 Baltian maat liitettiin Neuvostoliittoon, ja Romania joutui taipumaan Bessarabian ja Pohjois-Bukovinan luovuttamiseen Neuvostoliitolle.
Talousyhteistyö
Perussopimus synnytti myös taloussopimuksia, mm. 11. helmikuuta 1940 ja tätä laajemman 10. tammikuuta 1941. Vielä huhtikuussa 1941 natsi-Saksa sopi Neuvostoliiton toimittavan miljoona tonnia öljyä.
Saksa torjuu Neuvostoliiton poliittiset lisävaateet
Sopimus takasi käytännössä Saksan ja Neuvostoliiton yhteistyön Euroopassa runsaan vuoden ajaksi. Kun Neuvostoliitto halusi selvittää Saksan kantoja ajankohtaisiin asioihin marraskuussa 1940 ulkoasiainkansankomissaari Molotovin vierailulla Saksaan, osoittautui, ettei Saksa suostunut enää mihinkään Neuvostoliiton toivomuksiin. Molotov saapui Saksaan neuvotteluihin 10. marraskuuta 1940 joutuen palaamaan tuloksetta Neuvostoliittoon 12. marraskuuta 1940.
Molotovin neuvotteluista marraskuussa 1940 antoi Hitler selonteon 22. kesäkuuta 1941:
Käytännössä Neuvostoliitto ei enää onnistunut lujittamaan asemaansa Itä-Euroopassa marraskuun 1940 jälkeen, kun taas siihen mennessä Saksa oli onnistunut valtaamaan Puolan lisäksi Belgian, Hollannin, Luxemburgin, puolet Ranskasta sekä pakottamaan Ranskan rauhaan, ja yrittänyt lannistaa Britannian lentopommituksin sopivaksi maihinnousulle.
Välirikko
Käytännössä Saksan ja Neuvostoliiton välirikko näkyi diplomatiassa Jugoslavian osalta, minkä seurauksena neuvostoliittolainen uutistoimisto TASS julkaisee 5. huhtikuuta 1941 tiedonannon, minkä mukaan Neuvostoliitto ja Jugoslavia ovat solmineet ystävyyssopimuksen samana päivänä. Jugoslaviassa oli tapahtunut vallankaappaus 27. maaliskuuta 1941, minkä tarkoituksena oli estää Jugoslavian ajautuminen akselivaltojen piiriin ja kääntää maan ulkopolitiikka. Kuitenkaan mitään käytännöllistä apua ei Neuvostoliiton ystävyyssopimuksesta ole, koska sen ratifioimisasiakirjojen vaihtamispaikaksi oli määrätty Belgrad, joka todennäköisesti Saksan hyökätessä joutuisi pian saksalaisten haltuun. Saksan tiedustelua 28. maaliskuuta 1941, miten Jugoslavia suhtautuisi jatkossa Jugoslavian 25. maaliskuuta 1941 Belvederen linnassa allekirjoittamaan liittymissopimukseen, totesi vallan kaapanneen hallituksen ulkoasiainministeri Ninštšiš, ettei sopimuksen allekirjoitusta peruta, mutta sopimusta ei myöskään todennäköisesti ratifioitaisi voimaan astuneeksi. Jugoslavia ei antanut Saksalle sen pyytämää selvitystä armeijansa liikekannallepanosta. Päivä jälleen TASS:n julkaiseman Jugoslavian ja Neuvostoliiton ystävyyssopimuksen jälkeen Saksa antoi 6. huhtikuuta 1941 muistiot Jugoslavialle Belgradissa ja Kreikalle Ateenassa, missä se perusteli sotilaalliset toimenpiteensä asemamaissa.
Molotovin–Ribbentropin sopimus raukesi Saksan hyökätessä Neuvostoliittoon 22. kesäkuuta 1941.