Vào ngày 20 tháng 9, các nhà chức trách của Cộng hoà Nhân dân Donetsk, Cộng hoà Nhân dân Luhansk, cũng như các chính quyền chiếm đóng Oblast Kherson và Oblast Zaporizhzhia, đã công bố các cuộc trưng cầu dân ý về việc gia nhập Nga từ ngày 23 đến 27 tháng 9.[16] Do thời gian có hạn, nên chính quyền các vùng trên quyết định sử dụng phương thức bỏ phiếu truyền thống, nghĩa là bằng lá phiếu. Hoạt động bỏ phiếu được chia làm 2 giai đoạn, cụ thể, chỉ có một ngày bỏ phiếu trực tiếp tại các điểm tiếp nhận vào ngày 27 tháng 9. Trong 4 ngày trước đó, giới chức địa phương sẽ đến từng nhà để thu thập phiếu vì lý do an ninh. Người dân ở Donetsk và Lugansk sẽ được hỏi liệu họ có ủng hộ sáp nhập vào Nga hay không. Trong khi người dân Kherson và Zaporizhzhia được hỏi họ có ủng hộ ly khai khỏi Ukraine để lập ra một nhà nước độc lập sau đó sáp nhập với Nga hay không. Ở Lugansk, Donetsk, lá phiếu sẽ được in bằng tiếng Nga, ở 2 vùng còn lại sử dụng cả Tiếng Nga và Tiếng Ukraina.[17]

Vào ngày 27 tháng 9, các quan chức Nga tuyên bố rằng "cuộc trưng cầu dân ý" sáp nhập ở Oblast Zaporizhzhia đã thành công, với 93,11% cử tri ủng hộ việc gia nhập vào Liên bang Nga.[18]

Vào ngày 29 tháng 9, người ta đưa tin rằng Nga sẽ chính thức sáp nhập bốn khu vực Luhansk, Donetsk, Zaporizhzhia, và Kherson vào ngày hôm sau, ngày 30 tháng 9.[19]

Vào ngày 30 tháng 9, Putin công nhận các khu vực Kherson và Zaporizhzhia là các quốc gia độc lập, vài tiếng trước khi ký sắc lệnh sáp nhập cả bốn khu vực.[20]

Một số ước tính[bởi ai?]  ngụ ý rằng việc tái thiết những vùng lãnh thổ đã sáp nhập sẽ buộc Nga phải chi từ 100 đến 200 tỷ đô la Mỹ.[21] Một bản ngân sách nhà nước do Điện Kremlin công bố ngày 29 tháng 9 cho biết 3,3 tỷ rúp (khoảng 59 triệu đô la Mỹ) đã được đặt ra để tái thiết những khu vực này.[22]

Phần lãnh thổ mà Nga sáp nhập lên tới hơn 90.000 km2 (35.000 dặm vuông Anh), tức khoảng 15% tổng diện tích của Ukraina—tương đương với diện tích của Hungary hoặc Bồ Đào Nha.[5]