从远东战役北部和东部战斗进程来看，苏军受到天气和地形的限制，并没有发挥出机动性和火力上的优势。普尔卡耶夫的部队没能如期拿下齐齐哈尔和佳木斯；梅列茨科夫也没能快速攻占长春，甚至连牡丹江也没能攻占。
在战场的西北方向，马利诺夫斯基是三个方面军司令员中唯一在东线战场后期还能得到斯大林赏识的指挥员。相比于北部和东部森林茂密、水系纵横，西北部的地形更适合苏军机械化兵团的展开。在2300多公里的战线上，苏军进攻当面是一片广阔的草原和荒地。所以，远东总司令部将唯一的一个坦克集团军部署在西北方向。
在外贝加尔方面军战前制定的作战计划中，选择了三个突击方向。左翼第36集团军从满洲里、海拉尔方向突击，计划夺取齐齐哈尔；右翼苏蒙骑兵机械化集群从战线最西部出击，计划夺取承德、赤峰，切断关东军和华北方面军的联系；方面军主要突击方向在中路，计划从阿尔山出击，夺取奉天（沈阳）和长春。
前文提到，其左翼第36集团军从满洲里转入进攻后，沿中东铁路线推进，被日寇独立第4军顽强阻击在海拉尔和博克图，没能如期夺取齐齐哈尔。
在主要进攻方向，马利诺夫斯基继续沿用东线战场上的成功经验，将方面军54%的兵力、73%的坦克和自行火炮、62%的火炮和迫击炮集中在中路。在具体的兵力配置上，以第17、第39集团军和近卫第6坦克集团军编为第一梯队，以第53集团军为第二梯队。
值得一提的是，克拉夫钦科指挥的近卫第6集团军东线战场上就长期划归乌克兰第2方面军指挥，马利诺夫斯基正是该方面军司令员。在当时的东线战场，每个方面军指挥员都视这样的进攻利器为宝贝。
虽然没有明确的证据，但翻阅东线的史料，总能感觉斯大林对指挥能力并不算突出的马利诺夫斯基有些偏爱。具体的表现方式是斯大林时常会斥责马利诺夫斯基不会打仗，但每次晋升都少不了他。苏军在二战期间组建的6个坦克集团军中，在南线的3个方面军（乌克兰第2、第3、第4方面军）中仅有一个坦克集团军，就划在马利诺夫斯基的方面军战斗序列下。
此外，普利耶夫指挥的骑兵机械化集群也是乌克兰第2方面军在东线期间的老部队。他们在匈牙利边境地区的德布勒森战役中的表现尤其出色，在那场关乎马利诺夫斯基前途的战役中，普利耶夫的骑兵机械化集群两度打破战场上的僵局，使苏军越过喀尔巴阡山南麓，冲向匈牙利平原。
要知道苏军此次从西部调来的部队都是从各方面军中分散抽调的，斯大林似乎有意避免出现小团体现象。但能够把克拉夫钦科和普利耶夫都调来配合马利诺夫斯基，似乎又一次印证了对他的偏爱。
毫无疑问，近卫第6坦克集团军是中路突击的主要进攻力量。该集团军辖近卫第5坦克军、近卫第7、第9机械化军和第36、第57摩托化师，共有1019辆坦克和自行火炮、188辆装甲汽车、1150门火炮和迫击炮、43门火箭炮和6489辆汽车。仅这一个集团军的火力就几乎可以碾压整个关东军。
对于马利诺夫斯基来说，幸福的烦恼是近卫第6集团军的后勤保障也是极为困难的。这支庞大的机械化集群需要穿越缺水的荒地，仅水的消耗就是惊人的。按照战前估算，每人每天需要消耗5升水，每辆汽车需要25升，每辆坦克需要100升，这对于苏军后勤部队来说是难以完成的任务。无奈之下，集团军在出发前配备了一些可以携带3吨水的液罐车，每个坦克的水箱也加满水，每个士兵随身携带了一只5升的水壶。
为此，部队减少了弹药和汽油的数量，集团军携带的物资包括3个基数的柴油、3.5个基数的汽油、3个基数的坦克弹药、2个基数的步兵弹药和12天的粮食。同时方面军还提前集结了2个空军运输师，为前线随时空投补给。由此可见苏军在战前在一定程度上做好了打一场艰苦战斗的准备。
在近卫第6集团军的左翼是柳德尼科夫指挥的第39集团军，该集团军辖9个步兵师、1个坦克师和2个坦克旅，加强的炮兵包括3个自行火炮团、2个炮兵师和14个炮兵旅。集团军的技术装备共计455辆坦克和自行火炮、2586门火炮和迫击炮。
近卫第6坦克集团军的右翼是达尼洛夫指挥的第17集团军，该集团军的兵力要弱小一些，只有3个步兵师、137辆战车和830门火炮。
在外贝加尔方面军的当面，是后宫淳指挥的关东军第3方面军。下辖9个师团、2个坦克旅团、3个独立混成旅团、2个野战重炮联队和一些高射炮部队，兵力约18万人。从兵力配置上看，第3方面军的火力比东部的第1方面军更强，但在苏军面前也相当地弱小。
第3方面军在边境地区只部署了少量部队，主力部署在奉天（沈阳）和长春为中心的纵深地带，距离边境600公里。在纵深的右翼是第44军所辖的3个师团，中路是第30军的4个师团，左翼只有2个师团和游击队。
8月9日苏军开始进攻后，为了搞清楚西北部边境情况，后宫淳派出侦察机却被击落。第二天，另一架侦察机发现外贝加尔方面军已经浩浩荡荡开过了边境。在醴泉方向，1000辆坦克和汽车正在东进；在开鲁方向，还有1000辆坦克和汽车向东南急进。
战前关东军就已经收到大本营的指示，可以向朝鲜撤退，并在通化一带山区组织防御，这一点后宫淳也得到了消息。但他并不赞同这样的方案，这是因为通化地区交通不便，关东军撤到那里会不利于作战。
8月10日，后宫淳收到空军发回来的情报后，想法开始转变。他也意识到自己无法抵挡住苏军强大的机械化兵团，遂于当天上午10时命令右翼第44师团趁苏军还在没有到达前收缩兵力，向沈阳和长春集中。同时他命令左翼驻守承德的第108师团收缩到锦州和阜新，做好随时撤往朝鲜的准备。
接到命令后，各师团开始后撤。其中，第108师团奉命将一个联队留下划归中国派遣军指挥，师团主力则撤往锦州。
第44军第117师团是从关内调来的部队，他们在1945年4月在华北方面军的战斗序列下刚刚参加老河口战役，随即调往关外。该师团接到命令时正驻守在长春西北的洮南，通过白城至长春的铁路线，该师团的撤退非常顺利，几乎没有任何损失就抵达了指定位置。
相比于第108和第117师团，第44军的第107师团就没有那么幸运。该师团前身是“阿尔山”驻屯军，下辖3个步兵联队和1个炮兵联队，师团长安部孝一。这个师团曾经也是装备比较优良的部队，包括一些反坦克炮和150毫米重榴弹炮，在关东军的部队中战斗力比较强悍。但在战前，该师团约一半的重型装备被调回了本土参加“决战”。
苏军发动进攻时，第107师团驻守在阿尔山至五岔沟一线，距离国境线较近。8月11日，苏军第39集团军已经逼近，但第107师团因为缺少运输工具，主力仍然滞留在这里。一支孤军悬在苏军前进的道路上，自然是一块诱人的猎物。当天苏军以1个步兵师在正面进攻，另以近卫第5步兵军插向第107师团身后的索伦；第113步兵军则在第61坦克师和第208坦克旅的配合下突向王爷庙，将第107师团包围。
苏军在进攻的前几天没有遭遇有力抵抗。在8月9日这一天，近卫第6坦克集团军向前推进了惊人的160公里，抵近大兴安岭，沿途被日寇留下的伪满部队纷纷放下武器投降。
唯一继续“尽忠”的是一支番号为“五三部队”的一群愣头青，该部兵力约800人，其中只有100人是日本人，其余是蒙古人。关东军认为这支战斗素质要好于一般伪满军，所以对他们寄予很大希望。但“五三部队”也没什么重武器，主要是一些轻装骑兵。战前该部编入第44军战斗序列。当第107师团被围困在五岔沟时，五三部队奉命分散成多支小分队开始行动，准备在王爷庙一带袭扰苏军。
也许是靠近苏军后才意识到对方的强大，五三部队很快出现“叛逃”现象，更多的分队则徘徊在战场上，不敢向苏军发动进攻。只有部队指挥官松浦友好少佐亲自指挥的主队（直属部队、第4中队和机枪小队）向苏军发起了攻击。在苏军的反击下，松浦的主队被击毙56人，失踪1人，只剩下38名日寇和31名蒙古人，他们只得转向通辽。
8月10日，近卫第6坦克集团军开始翻越大兴安岭。这是一段极为艰辛的跋涉。山路状况恶劣，还有很多急转弯和30~50度的上下坡。为了拓宽道路，苏军在很多地段实施了爆破。所有人员都被派去加固路面，铺设柴捆和石头。
下午5时30分，近卫第5坦克军开始上山。7小时内，俄国坦克通过了40公里长的峡谷。夜间11时，先头第20坦克旅首先登上大兴安岭；第7机械化军从8月11日早晨开始登山。这个军因为有大量轮式车辆，行军更为艰难，傍晚才爬上山顶，此时苏军已经精疲力竭。
8月11日早晨，近卫第5坦克军开始下坡，路程约150千米。为了加快速度，苏军最初排成两个纵队，可是河谷已经被雨水积满，两路坦克争抢狭窄的山路，造成了严重堵塞。苏军只好改成一路纵队缓慢下山，有时还必须临时架桥通过山洪地带。第7机械化军在8月12日早晨下坡（路程约100千米），正碰上雷雨大作，坦克以及汽车都用钢索互相牵着，以防止下滑，但还是有100辆坦克被卡住了。在大兴安岭，苏军吃足了苦头。坦克翻山越岭消耗了大量燃料。穿越森林的过程中，很多士兵也被成群牛虻咬伤。
经过2天的艰难跋涉，苏军坦克部队陆续越过大兴安岭，到达东北平原。当面驻守鲁北的日寇第63师团早已经撤离，这支“治安编制”的师团只有4门野炮，没有炮兵联队和反坦克武器。他们在10日获悉苏军正在翻越大兴安岭，就立即向沈阳方向撤退，并炸毁沿途的桥梁。直到战争结束，这支治安师团都“和平”地没有和苏军发生交战，完好无损地缴械投降，第3方面军大多数部队与第63师团的情况大体相同。
关东军司令部通过空中侦察获悉苏军已经通过了大兴安岭，正向长春和沈阳推进。按照司令部的估算，苏军可能在8月14日至15日冲到长春。关东军司令山田乙三立即决定将司令部迁往通化。同时将第125师团和第134旅团抓到手中作为关东军司令部直属部队。
第3方面军后宫淳本来就不赞同撤往通化，他计划将方面军部队收缩到沈阳和长春一线跟苏军展开决战。他请求山田乙三允许他的部队能够留下来，但山田乙三已经得到大本营的允许，退守朝鲜，所以一口回绝了后宫淳的请求。后宫淳也不像那些只有一根筋的日寇将领那样固执，他也同样惧怕苏军强大的钢铁洪流，遂于8月13日下令取消了在沈阳和长春决战的计划。
其实近卫第6坦克集团军此时已经遭遇补给困难，翻越大兴安岭消耗了苏军大量燃料，大部分坦克和车辆因为没有油料，虽然翻越了山地，却只能停在原地。不仅是后勤补给跟不上，大雨造成了道路泥泞，让缺少油料的坦克更加寸步难行。
左翼的第39集团军进展倒比较顺利。此前提到，近卫第5步兵军迅速攻占索伦，切断了第107师团的退路。已经从洮南撤到长春的第107师团奉命以1个大队沿铁路线增援第117师团，希望能够将该部营救出来。他们的反击在俄国坦克的冲击下趋于混乱，残部被迫分散突围，大部逃入山中，少量人员撤到公主岭。
在包围圈中的第107师团并没有坐以待毙，其所属第178联队第2大队首先向东突出包围，抵达白城子，随后撤往长春。经过这次教训，苏军迅速强化了王爷庙和白城子方向的兵力，并在王爷庙重创日寇第90联队一部。白城子守军于8月11日撤往长春，留下大量日侨无人保护。实际上，100多万日侨中，绝大部分在此期间都滞留在了原地。
8月12日，被苏军包围的第107师团主力开始突围。由于南撤的道路被切断，师团主力改向东北方向突围。经过极为激烈地战斗，第107师团主力约8000人摆脱了苏军的层层围堵，钻入大兴安岭的密林深处。
在此后的几天，外贝加尔方面军并没有和日寇第3方面军发生大规模的战斗。一面是缺少油料补给无法前进；另一面奉命全线收缩兵力，两军能够相遇的时候都很少。至8月15日，外贝加尔方面军进至多伦、林西、洮南、王爷庙一线，从边境线推进了250~400公里。
8月15日中午，双方的行动戛然而止。
8月14日，日寇已经决定投降，并给关东军司令山田乙三发去了电报。尽管如此，在接到正式命令前，山田乙三依然要求关东军保持作战状态。他一面下令第3方面军战备，一面通知属下各部队准备收听“重大广播”。次日，也就是1945年8月15日12时，关东军大部分单位都听到了“停止战争”的讲话。
当晚11时，关东军正式接到大本营的第1381号命令。在这份命令中，大本营延续着太极手法，一面要求关东军执行诏书的命令，一面却只要求“停止积极进攻”，并没有明确关东军停战投降。
关东军司令山田乙三已经习惯了这种推卸责任的措辞，身在长春的他也不愿意承担下达停战命令的责任。此后包括关东军司令部和前线将领的意见发生分歧，有人认为应该立即停止战斗，也有人主张坚持抵抗。在此期间，一些人在绝望中自杀，也有些狂热的中下级军官胁迫上司下达继续作战的命令。
8月16日，日寇大本营向关东军下达了第二道命令。这次明确要求关东军“立即停止战斗”，但允许在“不得已的情况下自卫”。当晚10时，关东军终于向各部队下达了投降命令。要求：不得进行任何破坏；遇到苏军，各部队与之直接谈判并交出武器；尽力保护日侨；防止伪满军警趁机作乱。
几乎没遭遇什么战斗的第3方面军（除第107师团）集结在长春和沈阳地区等待苏军。8月17日，第3方面军向关东军总司令 部提出建议，请求遣散从当地日侨中召集的兵员。这样可以拯救一大批人不当俘虏。答复是可以遣散总员额的不到十分之一。但各部队并没有拘泥于这一限度，放走了大量士兵。关东军总司令部对此也听之任之，当天就立刻遣散了3000人。
第3方面军当时的大致态势为：第44军在沈阳及其周边，十分分散；第30军在长春、公主岭、四平地区。
苏军第39集团军于8月18日起，沿铁路陆续到达辽阳、沈阳，尔后进入辽东半岛。8月19日，苏军又向长春空运了200人，向沈阳空运了 225人。在沈阳，他们偶遇了正想逃往日本的末代皇帝。
在长春，山田乙三交出了佩刀，于8月18日14时10分在投降书上签字。8月20～21日，留在长春的近3万名日寇陆续缴械；8月28日，集中在公主岭和四平的日本第30 军主力约4万人绝大部分都放下了武器。
第44军部队中，第138师团在旅顺缴械；第108师团在锦州、大连缴械；第125师团在通化缴械；第136师团在沈阳缴械等等。
特别要提到的是第107师团，该师团是第3方面军中唯一与苏军发生大规模交战的师团。他们逃出包围圈后，又和苏军交战了一个月之久，最终损失了1400多人。在苏军的劝降下，该师团最终放下武器投降。
至8月28日，向苏军投降的关东军达到22万人。据后续的完成统计，累计向苏军投降的关东军最终有60多万，另有8.3万人在远东战役期间和后续的抵抗中丧命。关东军和它的帝国从此灰飞烟灭。
