在北線，遠東第二方麵軍於9日1時發起進攻，獨立第五軍強渡烏蘇裏江，14日占寶清。第十五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。第二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450千米至500千米，前出到東北平原；遠東第一方麵軍前進150千米至200千米，前出到牡丹江平原；遠東第二方麵軍前進50千米至100千米，前出到佳木斯的接近地；太平洋艦隊協同陸戰隊，占領了朝鮮雄基、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。
8月15日，日本政府宣布投降，但關東軍並未停止抵抗。蘇軍繼續進攻。
後貝加爾方麵軍於16日和17日相繼攻占紮蘭屯、洮南、通遼、赤峰、張北等地。由於道路泥濘，坦克集團軍隻能沿鐵路路基運動，每晝夜前進速度平四五十千米，主力在先遣支隊後麵跟進，沒有進行戰鬥。
部分兵力繼續圍攻海拉爾築壘地域。遠東第一方麵軍的第一和第五集團軍於17日攻占牡丹江市，俘日軍40000餘人。
當日，方麵軍右翼第三十五集團軍進占勃利，左翼第二十五集團軍進占圖們，並向朝鮮推進。部分兵力仍在虎頭和東寧築壘地域同日守軍進行激烈爭奪戰。遠東第二方麵軍的第十五集團軍於17日攻占佳木斯後，沿鬆花江追擊退卻之日軍。第二集團軍在航空兵和炮兵支援下，對孫吳築壘地域展開猛烈攻擊。8月17日，關東軍下令停止抵抗，日軍開始投降。
鑒於各兵團離戰役目標尚遠，華西列夫斯基於18日命令各方麵軍派出快速支隊，迅速進占重要城市和交通樞紐。
從18日起，蘇軍以臨時編組的小分隊，先後在13個重要城市實施空降，控製機場和市區重要目標，接受日軍投降。20日、21日，東西對進的蘇軍快速支隊分別在哈爾濱、長春、沈陽會合。駐守虎頭和東寧築壘地域的日軍，直至8月26日才停止抵抗。與此同時，8月11日至25日，蘇軍第十六集團軍在太平洋艦隊部分兵力的協同下，實施了南庫頁島進攻戰役；8月18日至9月1日，遠東第二方麵軍一部在第十六集團軍一部和太平洋艦隊的編隊協同下，實施了千島群島登陸戰役。
遠東戰役，蘇軍共殲關東軍、偽滿軍和偽蒙軍的全部，第十七和第五方麵軍的一半，以及鬆花江江上軍，總共10個軍、一個集團軍級集群和一個區艦隊。日軍損失官兵約70萬人，其中83000餘人被擊斃，60.9萬餘人被俘。俘虜中有陸海軍將級軍官148名。蘇軍傷亡32000餘人。
蘇軍繳獲了大量的戰利品。僅後貝加爾方麵軍和遠東第一方麵軍就繳獲1565門火炮、2139門迫擊炮和600輛坦克、861架飛機、9508挺輕機槍、2480挺重機槍、2129輛汽車、約18000匹馬、679座倉庫及許多其他戰鬥技術裝備和軍用物資。遠東第二方麵軍和紅旗黑龍江區艦隊俘獲日軍鬆花江江上軍的全部艦艇。