Większość z nich zmarła wskutek głodu, chorób i pracy ponad siły. Oprócz tego, kilkadziesiąt tysięcy ludzi deportowano do Kazachstanu, na Syberię, w rejon Charkowa i Dniepropietrowska. Wciąż nie jest znana ostateczna liczba ofiar. Dostępu do akt sowieckiego aparatu przemocy bronią władze Rosji i Białorusi. Według historyków Instytutu Pamięci Narodowej "Operacja Polska" była jedną z największych zbrodni w historii Europy XX wieku, klasyfikowanych jako ludobójstwo. Ogólną liczbę Polaków represjonowanych wtedy w Związku Sowieckim szacuje się na co najmniej 200 tysięcy.
Akcja została zaplanowana na trzy miesiące (do 20 listopada 1937 roku), jednak masowe represje wymierzone w "polskich szpiegów" trwały niemal do końca 1938 roku.

Zdaniem części historyków, Operacja Polska była osobistą zemstą Stalina za porażkę w wojnie polsko-bolszewickiej i Bitwie Warszawskiej 1920 roku. Jeżow wydał też drugi rozkaz - numer 00486, datowany na 15 sierpnia 1937 roku, nazywany "Rozkazem o członkach rodzin zdrajców Ojczyzny", a dotyczący także starców i dzieci. Jeżow instruował w nim NKWD, że należy zatrzymywać żony aresztowanych bez względu na wiek czy stan zdrowia i skazywać na 5-8 lat pod zarzutem wiedzy o działalności kontrrewolucyjnej bliskich.

Represjom podlegali wszyscy pozostający przy życiu polscy jeńcy z wojny polsko-bolszewickiej lat 1919-1921, polscy uchodźcy i imigranci przebywający w Związku Radzieckim oraz członkowie polskich partii politycznych i "działacze antysowieccy" z polskojęzycznych obszarów ZSRR.

W praktyce oznaczało to, że każdy mógł być podejrzany, zwłaszcza że dokument nakazywał funkcjonariuszom NKWD zmuszanie aresztowanych do dostarczania dowodów na samych siebie. Działaniami NKWD zostały objęte całe rodziny tzw. wrogów ludu, małżonkowie i dzieci, karnie zsyłani do obozów pracy na kilka do kilkunastu lat. Dzieci często trafiały do domów dziecka, majątek rodzin zaś konfiskowano.

Na mocy podpisanego 21 marca 1921 roku traktatu ryskiego, kończącego wojnę polsko-bolszewicką 1919-1921, na terytorium Związku Sowieckiego pozostało ponad milion Polaków. Byli to między innymi rdzenni mieszkańcy I Rzeczypospolitej i potomkowie zesłańców z czasów carskich. Jeżeli przyjmiemy za liczbę ofiar Operacji Polskiej 200 tysięcy osób, oznacza to, że ofiarami NKWD stała się jedna piąta Polaków, którzy znaleźli się w granicach Sowietów.

Polacy w latach wielkiego terroru w ZSRR (lata 30. XX wieku) byli narodem wyjątkowo prześladowanym. Jak ustalili historycy, polscy obywatele Związku Sowieckiego stawali przed plutonem egzekucyjnym 36 razy częściej niż przedstawiciele innych narodowości.