Na přelomu května a června Sověti obvinili litevskou vládu a litevské úřady z provokační činnosti, únosu sovětských vojáků, které mučením nutili vyzrazovat vojenské tajemství, sjednání tajného protisovětského vojenského paktu (tím byla myšlena ona březnová schůzka ministrů zahraničí v Rize) a porušování smlouvy o vzájemné pomoci. Přestože obvinění litevské vlády a úřadů byla nesmyslná, stala se základem sovětského ultimáta z 14. června 1940. Všechna obvinění měla zdůvodnit připravovanou agresi. Přes veškeré projevy loajality a ujištění věrnosti sovětské vládě ze strany Litvy, Molotov v ultimátu požadoval sestavení nové prosovětské vlády, vstup sovětských jednotek do všech významných center země a potrestání ministra vnitra a šéfa litevské bezpečnostní služby. Pod hrozbou přímého vojenského útoku byla litevská vláda nucena přijmout sovětské podmínky beze zbytku ještě téhož dne. 15. června obsadila sovětská armáda všechna důležitá místa v zemi. Prezident Smetona emigroval, a ačkoli byla zvolena nová prosovětská vláda, faktickým vykonavatelem veškeré moci se stal sovětský zmocněnec, jinak vedoucí zahraničního oddělení NKVD, Vladimír Děkanozov. Analogická ultimáta obdrželo 16. června také Lotyšsko a Estonsko. Po přijetí ultimáta lotyšskou a estonskou vládou vstoupily 17. června nové sovětské jednotky na jejich teritorium.