[[Anden verdenskrig]] indledtes med den tyske [[Felttoget i Polen i 1939|invasion af Polen]] i september 1939. Som et resultat af [[Molotov-Ribbentrop-pagten]] rykkede [[Den røde hær]] ogind harden besat[[19. september]] [[1939]] og befriede Vilnius fra næsten 20 års polsk besættelse. Byen var påtænkt som hovedstad i [[Hviderusland]], der var sovjetisk republik.men Efterefter samtaler i [[Moskva]] den [[10. oktober]] [[1939]] blev byen og opland overført til [[Litauen]] mod etableringen af sovjetiske militærbaser flere steder i landet. Den [[28. oktober]] [[1939]] trak [[Den røde hær]] sig tilbage til Vilnius forstæder (til [[Naujoji Vilnia]]), og Vilnius blev overdraget til den litauiske regerings kontrol. Overdragelsen fejredes med en litauisk militærparade den [[29. oktober]] [[1939]] gennem Vilnius centrum. Den litauiske regering tog straks initiativ til at ”litauisere” byen, for eksempel ved at ”litauisere” polske skoler. Imidlertid blev hele [[Litauen]] annekteret af [[Sovjetunionen]] i juni [[1940]]. En sovjetisk regering blev oprettet med Vilnius som hovedstad for den nyoprettede [[Den Litauiske Sovjetrepublik]]. Omkring 35.000–40.000 af byens indbyggere blev arresteret af [[NKVD]] og sendt til [[Gulag]].
