Le , le président polonais, Władysław Raczkiewicz, demande à Sikorski de former un gouvernement en exil.
Les Français et les Britanniques, qui lui font confiance, reconnaissent son gouvernement, qui s'établit d'abord à Paris, puis à Angers Il est reconnu par toutes les nations libres, y compris l'Union soviétique Le , il devient également le chef des armées et met sur pieds l'armée polonaise en France (84 000 hommes). Après la défaite de la France, il passe en sol britannique et signe le un accord avec le Royaume-Uni pour la reconstruction de l'armée polonaise sur les îles britanniques et devient le chef des Polonais Libres (force de 100 000 combattants2). Il installe son gouvernement à Londres.
Grâce à Stanislaw Maczek et à Sikorski, la 1re division blindée polonaise est constituée le et placée sous les ordres de Maczek
Leurs divergences ne portent que sur l'occultation du massacre des officiers polonais à Katyn, attribuée aux Soviétiques par Sikorski et aux Allemands par les Alliés, ce qui fut la théorie officielle durant un demi-siècle grâce à une désinformation concertée. La responsabilité des Soviétiques fut instrumentalisée par les services de propagande du Troisième Reich pour tenter de diviser les Alliés : le , Radio Berlin annonce la découverte du charnier où reposaient les corps des officiers polonais assassinés par les Soviétiques en .
Deux jours plus tard, les Soviétiques répondent sur les ondes que ce sont les Nazis qui ont commis ces atrocités lors de leur avance sur Smolensk à l'été 1941. En pleine guerre, la position des Alliés américains, Britanniques et soviétiques est unanime que les Allemands sont responsables du massacre. Seul le gouvernement polonais de Londres refuse de croire la thèse alliée et se rallie à la thèse allemande.
Le , l'Allemagne attaque l'Union soviétique, et Sikorski donc fait savoir à Staline qu'il est son allié. Le , il signe avec Ivan Maïski, ambassadeur soviétique à Londres, l'accord de formation de l'armée polonaise de l'Est, placée sous le commandement du général Władysław Anders, ce qui permettra la libération de milliers de Polonais, militaires et civils, déportés en Union soviétique entre 1939 et 1941. En , il se rend personnellement à Moscou pour y rencontrer Staline
En , il accepte un traité entre la Pologne et l'Union soviétique qui reconnaît la nullité du pacte germano-soviétique. Le , en confirmation des Accords Sikorski-Maïski, l'accord Sikorski-Staline fixe les modalités de formation d'une armée polonaise en URSS recrutée parmi les Polonais faits prisonniers en et ceux déportés en Union soviétique pendant l’occupation par les Soviétiques de la moitié orientale de la Pologne entre (invasion de la Pologne par l’Union soviétique dans le cadre du pacte Molotov-Ribbentrop) et (invasion de l'Union soviétique par les Allemands.
Cette attitude est vertement critiquée par Churchill, Roosevelt et Staline, qui reprochent à Sikorski de diviser l'alliance en pleine guerre. Le , les Soviétiques cessent de reconnaître le gouvernement Sikorski comme représentant légal de la Pologne et forment leur propre gouvernement polonais en exil. Soviétiques et Polonais conviennent d'un accord. Les divisions polonaises de l'Armée Anders, en cours de formation, seront transférées de l'Union soviétique en Iran, où elles rejoindront les forces britanniques sur le front Ouest pour continuer la lutte contre l'Allemagne. À cette fin, le général Sikorski se rend au Moyen-Orient en . Le il s'envole pour Gibraltar, et le 26, il en redécolle vers le Proche-Orient Il y rencontre les Polonais Libres, et tout se passe bien. Avant de repartir pour Londres, il se repose une semaine à Beyrouth. Puis, il s'envole pour l'Égypte, Le Caire, puis Gibraltar, mais en repartant du rocher, il trouve la mort dans l'écrasement de son avion.