自那时起，苏联红军就一直留在外蒙古。这期间，那些在苏俄控制下、被剥夺了权力的蒙古上层王公开始醒悟，后悔分裂中国的行为，纷纷逃到中国要求发兵收回蒙古主权，赶走俄国人。但是苏联不断增加驻蒙军队规模，阻挠中国收回外蒙古主权的行动。1921年外蒙的苏赫巴托在俄国帮助下，成立君主立宪政府，1924年又废除君主立宪，成立蒙古人民共和国。二三十年代一直到四十年代，中国除了内乱混战，便是抗日战争。长期陷于内乱的中国，一次次地丧失了收回蒙古主权的机会。
俄国的列宁在世的时曾经说，要把沙皇掠夺的亚洲土地还给亚洲人民，他承诺，当中国革命取得成功后，蒙古将自然成为中国的一部分。但在列宁死后，斯大林完全背弃了列宁的诺言，他杀掉了曾经对列宁的讲话有过记载的一位国防部副部长，然后拒不承认列宁说过的话。从此在苏联再也听不到要归还蒙古的声音。苏联军队就这样还一直赖在外蒙古。
1928年，外蒙古发生大规模反对独立并要求回归祖国的统一进步运动，苏联以“平叛”为由进军外蒙进行血腥****，整个蒙古血流成河，蒙古统一人士要求民国政府出兵外蒙，中苏军队在外蒙东部边界发生小规模战斗。苏军不愿扩大事端，宣布撤出外蒙，中国军队也没再进入外蒙。此后，蒋政府忙于在南方“剿匪”，之后的中日战争，使南京政府无力于外蒙事务。亲苏的乔巴山趁机又得到发展，加上日本也制造满蒙独立事端，外蒙甚至与伪满洲国签订“边界”协定，从事分裂国家的勾当。至此，外蒙古在抗战期间成为事实上的独立国、苏联的卫星国，脱离了中华大家庭。
苏联也不再承认中国对外蒙古拥有主权了。苏联于1941年4月13日同日本签订了《苏日中立条约》，并且双方发表联合声明说：为了维护两国的友好关系，苏联保证尊重“满洲国”的领土完整和不可侵犯；日本保证尊重“蒙古人民共和国”的领土完整和不可侵犯。这样，两个本来都属于中国的领土居然成了苏日之间罪恶的交易了，这是苏联外交史上很不光彩的一页。对此，重庆的国民政府外长王世杰曾郑重声明“绝对不能承认”，他强调说：“《苏日中立条约》，对于中国绝对无效。”
1945年2月，美国总统罗斯福、英国首相丘吉尔和斯大林在雅尔塔举行三国首脑会议。在商讨对日作战问题时，斯大林提出苏联对日作战的条件之一是“外蒙古的现状须予维持”。斯大林的要求得到了罗斯福和丘吉尔的同意。他们并就此签订了一个秘密的协定，世称“雅尔塔协定”。斯大林所说的“现状”就是指的“蒙古人民共和国”。斯大林知道这是件很烫手的事，所以提出由美国出面通知中国政府。1945年6月15日，美国驻华大使赫尔利奉命把雅尔塔协定的内容正式通知了蒋介石。蒋介石感到愤怒，却又无可奈何，只得同意派行政院院长宋子文、外交部长王世杰和蒋经国赴莫斯科谈判。
1945年6月底至8月中旬，中苏双方在莫斯科举行多次会谈，争论激烈。斯大林几乎是以威胁的口吻对宋子文说：外蒙古必须独立。如果中国不同意，苏联就不会出兵打日本。中国事实上已无力来管理外蒙，何况目前外蒙和内蒙正准备联合起来要搞大蒙古共和国，这将危及华北。宋子文据理力争，毫无结果；也曾经提出过给外蒙“高度的自治权”的主张，作为妥协，但苏方一概拒绝讨论。就这样，在严酷的既成事实面前和强大的国际压力下，无可奈何的蒋介石只得指令宋子文接受苏方条件，同意“苏联出兵击败日本后，在苏联尊重东北的主权、领土完整；不干涉新疆的内部事务；不援助中共”等条件下，允许外蒙古独立。
1945年8月14日，宋子文、王世杰奉命签署《中苏友好同盟条约》及其附件。双方关于外蒙问题的换文是这样说的：“鉴于外蒙古人民一再表示其独立愿望，中国政府同意，将在日本战败后举行公民投票以确定外蒙的独立。”面对这一丧权辱国的条约，宋子文拒绝签字，并且他辞掉了外交部长的职务，最后这个条约是由王世杰签的字。《中苏友好同盟条约》的签订，标志着蒋介石政府正式出卖了外蒙古。如此的巨大代价，终于换取苏联出兵中国东北，给予日本关东军以毁灭性的打击。
1945年10月20日，外蒙古当局一手操办了“公民投票”（记名投票）。据外蒙古方面的报道称：共有49万选民，“98％的选民参加了投票，一致赞成独立”。奉命前往观察外蒙古“公民投票”的国民政府内政部常务次长雷法章，事后对这次投票的评介是：“其办理投票事务人员，对于人民投票名为引导，实系监视，且甚为严密”，“此项公民投票据称为外蒙人民重向世界表示独立愿望之行动，实则在政府人员监督下，以公开之签名方式表示赞成独立与否，人民实难表示自由之意志。”
1946年的1月5号，当时由蒋介石把持的中华民国就承认了蒙古人民共和国的独立，国民政府发表公告说，外蒙古人民在1945年10月20号举行公民投票，公民投票结果已经证实，外蒙古人民赞成独立。所以按照国防最高委员会的审议决定，承认外蒙之独立，出由行政院转持