在西线，后贝加尔方面军各先遣支队利用夜暗，不经炮火准备，同时在所有方向越过国境。4时30分，方面军主力开始进攻，基本未遇日军抵抗。坦克第6集团军在相隔70余公里的两个方向上成两路以疏开队形快速前进，战役第一天前进150公里。10日下午，又前进100余公里，主力到达大兴安岭。由于进展顺利，方面军司令员要求坦克集团军提前完成当前任务，于8月12日日暮，前出到鲁北、突泉一线。坦克第6集团军遂在行进间变更部署，坦克第5军由第二梯队改为第一梯队，当夜登上大兴安岭，占领了台日黑达坝。8月12日，坦克集团军全部越过大兴安岭，其先遣支队已于11日攻占鲁北，12日攻占突泉。左翼第36集团军于11日攻克满洲里筑垒地域，坦克部队在海拉尔筑垒地域，遭日军顽抗，主力实施迂回。右翼苏蒙骑兵机械化集群分两路开进，一路14日攻占多伦，另一路15日占领张北。
在东线，远东第1方面军先遣支队于9日1时趁夜暗和暴雨偷渡乌苏里江，袭击日军边境筑垒地域。8时30分，主力发起进攻，除个别方向外，均未进行炮火准备。左翼第25集团军和右翼第35集团军分别遭到日军东宁、虎头筑垒地域的顽抗，屡攻不克，前进受阻，主力被迫迂回，留下一部兵力，并调来重炮和轰炸航空兵，继续攻击。第5集团军以先遣支队消灭日军火力点后，主力迅速前进，于战役第2天攻占绥芬河，14日攻入牡丹江市区，与第1集团军协同，同日军展开巷战，为提高进攻速度，避免陷入僵局，方面军司令员决心以主要力量从牡丹江市南面迂回，直插吉林。
在北线，远东第2方面军于9日1时发起进攻，独立第5军强渡乌苏里江，14日占宝清。第15集团军在黑龙江区舰队协同下，强渡黑龙江，于14日经激战攻占富锦筑垒地域，打通了至佳木斯的道路。第2集团军先担任黑龙江北岸海兰泡沿线的防御，11日转入进攻，因渡河器材不足，只得分批投入战斗，进展缓慢，于14日才包围了孙吴和爱辉筑垒地域。
经战役第一阶段6天的交战，后贝加尔方面军越过大兴安岭，前进450~500公里，前出到东北平原；远东第1方面军前进150~200公里，前出到牡丹江平原；远东第2方面军前进50~100公里，前出到佳木斯的接近地；太平洋舰队协同陆战队，占领了北朝鲜雄基、罗津等港口，切断了日军从海上的退路。关东军的部署被割裂、打乱，失去统一指挥，只有部分兵力仍在牡丹江市和海拉尔、孙吴、虎头等筑垒地域继续抵抗。
8月15日，日本政府宣布投降，但关东军并未停止抵抗。苏军继续进攻。后贝加尔方面军于16日和17日相继攻占札兰屯、挑南、通辽、赤峰、张北等地。由于道路泥泞，坦克集团军只能沿铁路路基运动，每昼夜前进速度平均40~50公里，主力在先遣支队后面跟进，没有进行战斗。部分兵力继续围攻海拉尔筑垒地域。远东第1方面军的第1和第5集团军于17日攻占牡丹江市，俘日军4万余人。当日，方面军右翼第35集团军进占勃利，左翼第25集团军进占图们，并向北朝鲜推进。部分兵力仍在虎头和东宁筑垒地域同日守军进行激烈争夺战。远东第2方面军的第15集团军于17日攻占佳木斯后，沿松花江追击退却之敌。第2集团军在航空兵和炮兵支援下，对孙吴筑垒地域展开猛烈攻击。
8月17日，关东军下令停止抵抗，日军开始投降。鉴于各兵团离战役目标尚远，华西列夫斯基于18日命令各方面军派出快速支队，迅速进占重要城市和交通枢纽。从18日起，苏军以临时编组的小分队，先后在13个重要城市(内有朝鲜4个)实施空降，控制机场和市区重要目标，接受日军投降。20日、21日，东西对进的苏军快速支队分别在哈尔滨、长春、沈阳会合。驻守虎头和东宁筑垒地域的日军，直到8月26日才停止抵抗。
与此同时，8月11日至25日，苏军第16集团军在太平洋舰队部分兵力的协同下，实施了南库页岛进攻战役；8月18日至9日1日，远东第2方面军一部在第16集团军一部和太平洋舰队的编队协同下，实施了千岛群岛登陆战役。
远东战役，苏军共歼关东军、伪满军和伪蒙军的全部，第17和第5方面军的一半，以及松花江江上军，总共10个军、1个集团军级集群和1个区舰队。日军损失官兵约70万人，其中8.3万余人被击毙，60.9万余人被俘。俘虏中有陆海军将级军官148名。苏军伤亡3.2万余人。
苏军缴获了大量的战利品。仅后贝加尔方面军和远东第1方面军就缴获1565门火炮、2139门迫击炮和600辆坦克、861架飞机、9508挺轻机枪、2480挺重机枪、2129辆汽车、约1.8万匹马、679座仓库及许多其他战斗技术装备和军用物资。远东第2方面军和红旗黑龙江区舰队俘获日军松花江江上军的全部舰艇。
6.日本投降
1945年7月27日晨6时许，日本政府获悉美、英、中三国政府发表的促令日本投降的波茨坦公告。同日10时30分，日本召开最高战争指导会议，讨论波茨坦公告问题。外相东乡茂德认为：第一，苏联领导人虽然参加了波茨坦会议与公告的发布，但未在公告上签名，说明苏联仍维持对日本在法律上的中立关系。第二，公告中，美、英、中三国已放弃以前绝对无条件投降的主张，提出了同日本实现和平的八项特定条件，“无条件投降”一词在公告中只使用过一次，而且明确规定只适用于日本武装部队。东乡提出，如果苏联政府接受日本关于居间调处的委托，那么，有可能通过苏联谈判，放宽波茨坦公告的条件。据此，东乡得出结论性意见：首先，为给今后和平谈判留下后路，对三国公告不予正面拒绝；其次，应该视苏联的态度，然后再最后决定日本的态度。会议同意了东乡的意见。显然，日本这是在寻找借口，以拖延接受波茨坦公告。
9日14时30分，铃木召集临时内阁会议，继续研究和还是战的问题。陆相阿南在会上仍坚持本土决战到底，他说：“在为大和民族的荣誉继续战斗中，总会有机会的。解除武装办不到，外地尤其如此。实际上，只有继续战争一条路。如能施展死里求生的战术，就不会彻底失败，反会有扭转战局的可能……真的到了本土决战的时候，则国民将一心一意，奋起抵抗。海相米内光政反驳阿南说，现在对盟国进行决战不可能取胜，即使能取得给盟军的第一次登陆予以打击的胜利，那么，也不可能取得第二、第三次胜利，现在要冷静地面对现实，必须放弃那套死不服输和一厢情愿，只有投降才能挽救日本。军需相丰田贞次郎、农相石黑忠笃及运输相小日山直登都赞同米内的意见。会议一直进行到22时30分，但因意见分歧，长达8个小时的内阁会议仍未能做出决定。23时许，铃木和外相同时晋谒天皇，上奏内阁会议情况，并奏请在御前召开最高战争指导会议，还请平沼枢相参加。23时50分许，在皇宫防空洞内召开天皇出席的最高战争指导会议，东乡外相的1个条件方案与阿南陆相的4个条件方案仍然对立，争吵不休。因此，铃木首相遂请天皇裁断。
10日凌晨2时30分，天皇采纳了外相的1个条件方案，即以不变更天皇统治国家大权作为接受波茨坦公告的附带条件。
3时左右，日本临时内阁会议再次复会通过了接受波茨坦公告的决议。
8月10日7时15分，日本外务省将日本接受波茨坦公告的照会电报，拍发给驻瑞士公使加懒和驻瑞典公使阿木，令其转达给美、苏、英、中四国，同时要求尽快得到对方答复。
在发出上述正式照会的同时，松本外务次官认为有必要将日本接受公告的意图，迅速通知国外，特别是通知敌方官兵，经征得同盟通讯社及日本放送协会(即广播协会)领导人的同意，于10日夜，秘密对国外广播。后经确认，这些对外广播发出2小时后，首先引起美国的反应，数小时后，已传播到全世界。
8月11日，美国国务卿贝尔纳斯送交瑞士公使馆代办葛拉斯理托其转达日本政府对于日本投降建议的复文。
8月12日零时45分左右，日本军政要员从美国广播中听到了美、苏、英、中四国对日照会的答复。日本参谋总长梅津和军令部总长丰田得知后，觉得“断难接受”，于12日8时20分左右联合上奏天皇，表示坚决反对接受同盟国公告。当日，日本军国主义统治集团反复召开内阁会议、皇族会议，次日9时又召开最高战争指导会议，在讨论同盟国复文时，外相东乡等人主张接受四国复文。但陆相阿南等人仍以难以维护国体为名坚持原来的四个条件，要求再次照会四国，进行交涉。因主和与主战派各执己见，结果都未能作出结论，只好再次把问题移交给了御前会议。
8月14日10时50分，日本召开最后一次御前会议。阿南、梅津、丰田等人重申要求给同盟国再发照会，或继续进行战争以死里求生的意见。天皇鉴于大势已去，挥泪作出接受盟国答复的决定，并要政府起草“终战诏书”。“会议在全体涕泣声中结束”。至此，日本军国主义统治者才最后下决心被迫投降。当日23时，日本政府通过驻瑞士公使加颁，拍发了致同盟国的通告电报，表示准备命令其所有军队停止战斗，交出武器，实施同盟国最高司令新的命令。
