Радянсько-польська війна, як ні парадоксально, створила сприятливі умови для нормалізації стосунків Росії з Литвою. Після падіння Литовсько-білоруської республіки ці стосунки залишалися натягнутими. Але недовіра до Польщі зближувала Москву і Каунас, а військові перемоги Росії на польському фронті примушували думати об можливості використовувати збройні сили більшовиків для вигнання польських військ з території Виленской області, куди вони були введені весною 1919 р., незважаючи на протести Литви і заперечення Антанти.
Радянсько-литовські переговори почалися в травні 1920 р. і завершилися 12 липня того ж року підписанням мирного договору. Радянська Росія визнала незалежність Литовської держави і відмовилася від усіх прав на його територію. У договорі було обійдено питання про західні межі Литви. Але обмовлялося, що обидві сторони виходять з необхідності визначення межі між Литвою і Польщею в майбутньому. При цьому Росія за пропозицією литовської сторони визнала Вильно, Виленский повіт і ряд інших територій, окупованих на той час польськими військами, частиною Литви.
Спеціальним протоколом до договору з РРФСР Литва надала Росії право ведення військових дій проти Польщі на територіях, які за договором визнавалися литовськими, але були окуповані польськими військами "з тим, проте, умовою, щоб по миновании воєнно-стратегічної потреби російські війська були виведені із зазначених територій". Таким чином, Радянська Росія несподівано опинялася в дуже своєрідних стосунках квази-союза з литовською державою проти Польщі.
В ході бойових дій проти Польщі радянські війська насправді вибили поляків з Вильно і прилеглої зони. 24 серпня вони евакуювали Виленскую область, поступившись місцем литовської армії. Тепер, проте, виникала вірогідність польсько-литовської війни, оскільки Варшава не збиралася миритися з втратою Вильно. 22 вересня 1920 р. польсько-литовська війна насправді почалася. Вона тривала до 7 жовтня 1920 р., коли в Сувалках було підписано тимчасове перемир'я на основі статус-кво і демаркація між позиціями литовських і польських військ на момент підписання документу. Вильно, таким чином, залишався за Литвою. Але умови перемир'я дотримувалися рівно два дні.
9 жовтня генерал Зелиговский, формально не маючи наказу Пилсудского, на чолі загону добровольців зробив рейд углиб литовських позицій і знову вибив литовські сили з Виленской області. На захопленій території 12 жовтня 1920 р. було проголошено маріонеткову державу "Серединна Литва", включаюче Виленский, Тракайський, Ошмянский і Свецянский повіти.
Ні Литва, ні країни Антанти не погодилися з цим. Було вирішено повернутися до питання про Вильно і провести плебісцит для визначення долі краю. Плебісцит був проведений 8 січня 1922 р., і на його основі Виленская область була передана Польщі. Проте Литва оспорила результати голосування і відмовилася визнати його підсумки. Стан війни між Литвою і Польщею юридично зберігався до 10 грудня 1927 р.