8月8日夜，蘇軍3個方麵軍、太平洋艦隊和黑龍江區艦隊的部隊占領進攻出發地域。9日零時，各先遣支隊越過國境。拂曉，主力先後發起進攻，航空兵分兩批襲擊哈爾濱、長春、吉林和沈陽，太平洋艦隊在日本海積極行動。
在西線，後貝加爾方麵軍各先遣支隊利用夜暗，不經炮火準備，同時在所有方向越過國境。4時30分，方麵軍主力開始進攻，基本未遇日軍抵抗。坦克第6集團軍在相隔70餘公裏的兩個方向上成兩路以疏開隊形快速前進，戰役第一天前進150公裏。10日下午，又前進100餘公裏，主力到達大興安嶺。
由於進展順利，方麵軍司令員要求坦克集團軍提前完成當前任務，於8月12日日落前，前出到魯北、突泉一線。坦克第6集團軍遂在行進間變更部署，坦克第5軍由第2梯隊改為第1梯隊，當夜登上大興安嶺，占領了台日黑達壩。8月12日，坦克集團軍全部越過大興安嶺，其先遣支隊已於11日攻占魯北，12日攻占突泉。左翼第36集團軍於11日攻克滿洲裏築壘地域，坦克部隊在海拉爾築壘地域，遭日軍頑抗，主力實施迂回。右翼蘇蒙騎兵機械化集群分兩路開進，一路14日攻占多倫，另一路15日占領張北。
在東線，遠東第1方麵軍先遣支隊於9日1時趁夜暗和暴雨偷渡烏蘇裏江，襲擊日軍邊境築壘地域。8時30分，主力發起進攻，除個別方向外，均未進行炮火準備。左翼第25集團軍和右翼第35集團軍分別遭到日軍東寧、虎頭築壘地域的頑抗，屢攻不克，前進受阻，主力被迫迂回，留下一部兵力，並調來重炮和轟炸航空兵，繼續攻擊。
第5集團軍以先遣支隊消滅日軍火力點後，主力迅速前進，於戰役第2天攻占綏芬河，14日攻入牡丹江市區，與第1集團軍協同，同日軍展開巷戰，為提高進攻速度，避免陷入僵局，方麵軍司令員決心以主要力量從牡丹江市南麵迂回，直插吉林。
在北線，遠東第2方麵軍於9日1時發起進攻，獨立第5軍強渡烏蘇裏江，14日占寶清。第15集團軍在黑龍江區艦隊協同下，強渡黑龍江，於14日經激戰攻占富錦築壘地域，打通了至佳木斯的道路。第2集團軍先擔任黑龍江北岸海蘭泡沿線的防禦，11日轉入進攻，因渡河器材不足，隻得分批投入戰鬥，進展緩慢，於14日才包圍了孫吳和愛輝築壘地域。
經戰役第一階段6天的交戰，後貝加爾方麵軍越過大興安嶺，前進450～500公裏，前出到東北平原；遠東第1方麵軍前進150～200公裏，前出到牡丹江平原；遠東第2方麵軍前進50～100公裏，前出到佳木斯的接近地；太平洋艦隊協同陸戰隊，占領了北朝鮮雄基、羅津等港口，切斷了日軍從海上的退路。關東軍的部署被割裂、打亂，失去統一指揮，隻有部分兵力仍在牡丹江市和海拉爾、孫吳、虎頭等築壘地域繼續抵抗。