外貝加爾方面軍轄第17、第集團軍，近衛坦克第6集團軍，空軍第12集團軍，蘇蒙騎兵機械化兵叢集，司令員為馬利諾夫斯基元帥）為了迷惑日軍，使其錯誤判斷蘇軍的主攻方向，馬利諾夫斯基命第36集團軍向海拉爾方向實施輔助進攻。
日本關東軍總司令山田乙三。他認為在此方向早已構築了堅固的防禦工事。在海拉爾的北山上，有一段儲存相對完整的日軍核心地下工事。這個地下要塞，呈東西走向，總面積9053平方米，幹道長5481米，總共有11個入口，每個入口分別與地面部隊集結地、火炮陣地、觀察所等相通，散佈在地面的工事已全部被摧毀。當時地下要塞裡有發電室、倉庫、彈藥庫、衛生所、兵營，還有宿舍、將校室、指揮室，可以說什麼都有。地下坑道呈拱形，每個交叉路口或轉彎處設有射擊孔，便於在坑道戰時實行狙擊。洞內物資供應齊全，在沒有任何外來供給的情況下，1萬多人的部隊，可以在這個洞中生存半年。日本關東軍的築壘地域甚至有的地方還超過馬其諾防線，是選擇一些重點的交通要道、重點的一些制高點修築的。嚴格講，“東方馬其諾防線”是一個進攻的出發陣地。
然而，沒等他緩過神來，馬利諾夫斯基的重兵集團已從其他方向撲了過來。浩瀚的沙漠，濃塵滾滾。
10日下午，沖在最前面的蘇軍近衛坦克第6集團軍，分三路開始了在它歷史上最艱難的行軍——翻越大興安嶺。
12日，第6集團軍全部越過大興安嶺。接著，急速向南。前面是一望無際的東北大平原。長春、沈陽等日軍重兵把守的城市指日可待。
馬利諾夫斯基部隊的突然出現，山田乙三他做夢也未曾想到蘇軍如此的兇猛。
到戰役發起的第5日，整個外貝加爾方面軍已向前推進250～400公裡，並以一晝夜180公裡的速度前進，與蘇軍遠東第1、第2方面軍一起，迅速切斷了關東軍與華北日軍的聯系。
日本關東軍，經蘇軍一系列分割圍殲，轉眼間被打得七零八落，潰不成軍。
在8月18－19日前透過了缺水草原，戈壁沙漠和大興安嶺，粉碎了敵軍張家口集團、索倫集團和海拉爾集團，向中國東北各中心地區疾進。
8月20日，近衛坦克第6集團軍司令員為克拉夫琴科坦克兵上將）主力進入奉天沈陽）、長春，並南下大連，旅順。蘇蒙騎兵機械化兵叢集於
8月18日進逼張家口、承德，切斷了關東軍同華北日軍的聯系。
遠東第1方面軍轄第35集團軍、紅旗第1集團軍、第5集團軍、第25集團軍、機械化第10軍、空軍第9集團軍，司令員為蘇聯元帥梅列茨科夫）與外貝加爾方面軍相向進攻，突破了敵人邊境築壘地帶。日軍1000公裡的築壘地域和地下要塞分別修築在吉林的琿春，黑龍江的東寧、虎頭、黑河，內蒙古的海拉爾等14個地區。日本關東軍龜縮到黑龍江的虎頭要塞和東寧要塞中負隅頑抗，戰鬥一直持續到8月底，日軍才完全繳械。因此，虎頭、東寧成為第二次世界大戰的最後戰場。
8月12日－26日，日本關東軍虎頭要塞守備隊與蘇聯紅軍進行了一場極其殘酷的大戰。虎頭要塞規模龐大，由猛虎山、虎北山、虎東山、虎西山、虎嘯山五個陣地組成，其範圍正面大致為12公裡，縱深為6公裡。裡面結構複雜，設施完備，既有兵舍、夥房、浴池、廁所等配套的生活設施，又有指揮所、彈藥庫、地堡、反擊口等攻防結合相當完備的軍事設施。
1945年8月15日，日本天皇宣佈無條件投降，可由於停戰的指令沒有傳到這閉塞的地方，這部分官兵從8月12日開始，到8月26日，一直與蘇聯紅軍進行血戰。在蘇軍炮火的猛烈打擊下，日軍最後以全軍覆沒而告終。8月19日－20日，蘇軍佔據了山體的表面，就往地道裡面、要塞裡面灌上了汽油，由於裡面燃燒爆炸，整個都塌下來了，1600人，僅逃脫了53名。蘇軍也有1000餘人獻出了生命。
隨後是在在牡丹江地域擊退了日軍猛烈反突擊，於8月20日進駐吉林，會同遠東第2方面軍各兵團進駐哈爾濱。第25集團軍與太平洋艦隊登陸兵協同，解放了朝鮮北部的雄基、羅津，清津、元山諸港，爾後解放了直到三八線為止的整個朝鮮北部，切斷了日軍與本土的聯系。
遠東第2方面軍轄紅旗第2集團軍，第15、第16集團軍，空軍第10集團軍，獨立步兵第5軍，堪察加防禦地域，司令員為普爾卡耶夫大將）與紅旗阿穆爾河區艦隊司令員為安東諾夫海軍少將）協同，順利強渡阿穆爾河(黑龍江)、烏蘇裡江，突破了敵人在黑河，富錦兩地域永備防禦陣地，越過小興安嶺，並於8月20日會同遠東第1方面軍攻佔了哈爾濱。
8月20日前，蘇軍從西面向中國東北腹地挺進400～800公裡，從東面挺進200～00公裡。蘇軍進至滿洲平原(松遼平原)，將日軍分割成許多孤立集團，並予以合圍。
從8月19日起，各地日軍紛紛投降。為加速這一程序，不使日軍撤退或毀壞貴重物資，從8月18－27日期間，在哈爾濱、沈陽、長春、吉林、旅順、大連、平壤、鹹興及其他城市實施了空降。順利完成了各自任務的各集團軍快速先遣支隊，亦為此目的行動。
蘇蒙軍的迅猛進攻，使日軍陷入絕境，日軍統帥部進行固守和隨後反攻的打算落空。關東軍終被擊潰。關東軍潰敗以及大陸的軍事經濟基地——中國東北和朝鮮北部失守，日本就喪失了繼續戰爭的實力和可能。
日軍在遠東的失敗，為蘇軍實施南薩哈林島戰役和千島群島登陸戰役創造了條件。蘇軍在中國東北對日作戰同時，還分別向庫頁島、千島群島、朝鮮北部日軍發起進攻。
8月8日夜，蘇海軍航空兵轟炸了停泊在朝鮮各主要港口的日本軍艦，在朝鮮遊擊隊配合下、蘇軍從陸地和海上兩個方向橫掃朝鮮北部。8月25日，蘇軍傘兵在平壤、元山空降，收複整個朝鮮北部。
作戰中，中國東北抗日聯軍直接配合蘇軍作戰，八路軍積極打擊華北日軍，阻其增援東北，對蘇軍迅速殲滅關東軍做出了重要貢獻。
蘇軍在中國東北境內的對日作戰，在中國軍民支援配合下，徹底粉碎了關東軍主力。日軍損失約67.7萬人，其中8.3萬人被擊斃，59.4萬人投降。蘇軍傷亡3.2萬餘人。
蘇軍由於進行了遠東戰役，粉碎了日本陸軍在大陸的最重要的集團之一的關東軍，迫使日本接受了同盟國波茨坦公告各項條.1945年9月2日，日本被迫在東京灣美國“米蘇裡”號戰列艦上簽署了投降書。
述評：
這一勝利，使日軍喪失了一支賴以屏護本土的精銳戰略機動部隊，沉重打擊了日本“本土決戰”計劃，加速了日本帝國主義的覆滅。
遠東戰役是蘇軍在第二次世界大戰中的著名戰役之一。在遠東戰役中，軍隊從西向東進行了9000～12000公裡的規模空前的變更部署，在山地—原始森林地和沙漠地的遠東戰區實施遠距離的重兵機動，組織陸海軍的協同動作，積累了豐富的經驗。
1）在選擇主要突擊方向和戰役開始時間，在各方面軍、集團軍的進攻地帶都很寬的情況下，能夠在各主要方向集中優勢兵力兵器。
2）在方面軍，集團軍的行動，而且兵團的行動都互無聯系，這是由各戰役方向互相隔絕所決定的。這對達成軍隊進攻的高速度起了重要作用。航空兵是對軍事行動程序有重大影響的強大鬥爭手段，共出動飛機2.2萬餘架次。航空兵廣泛用於實施偵察，空降軍隊，運送物資，特別是為坦克集團軍運送油料。戰役期間，共空運16500人，油料約2780噸，彈藥563噸，其他物資約1500噸。
(3）最高統帥部大本營專門建立的遠東蘇軍總指揮部在戰役中對軍隊實施統一指揮，大大有利於提高軍隊指揮的效能，密切協調3個方面軍、艦隊和航空兵在最大規模戰略性戰役中的行動。但蘇軍對合成軍隊的指揮協同不好，尤其是陸、空軍的協同較差；對日軍築壘地域的攻擊戰術欠靈活。