蘇軍3個方麵軍越過國境線關東軍轄日第1、第3方麵軍，計24個師又12旅，70餘萬人。此外還有偽滿、偽蒙軍8個師又12個旅，約20餘萬人。日偽軍總兵力近100萬人，共裝備作戰飛機150架（另有可用於作戰的教練機約500架），坦克160輛，各種火炮5000門。
關東軍的部署如下：第1方麵軍擔任東部正麵防禦，主力集中在牡丹江、延吉一線，司令部設在牡丹江。第3方麵軍擔任西部正麵和南滿的防禦，司令部設在沈陽，其44軍部署在阿爾山、洮南、通遼地區，第30軍配置在長大線以東地區；第4軍擔任北部正麵防禦，司令部設在齊齊哈爾。第34軍為關東軍的預備隊，設置在朝鮮鹹興地區。
關東軍的防禦由3道防禦地帶組成。第1道，由邊境築壘地域及二線主陣地組成；第2道，沿長大和長圖線設置，成據點式防禦；第3道，以通化為中心，沿中朝邊境山區設置，是最後抵抗地域。縱深工事在開戰前剛剛動工。沿邊境線的17個築壘地域（東麵8個，北麵5個，西北麵2個，西南麵2個）總長1000餘公裏，計8000餘個永備工事和土木質發射點。以虎頭築壘地域為例，在4個山丘上建立了6個抵抗樞紐部和3個獨立支撐點，築有火力發射點400餘個，火炮陣地66個，指揮觀察所64個，全正麵約100公裏，縱深40～50公裏，其設施可容納2個師以上的兵力。1941年曾配置1個守備師（1.2萬人）。遠東戰役時，守軍減為4個步兵連、4個炮兵連（各種火炮34門，內150毫米以上口徑重炮共13門）和保障分隊，計1400人，另有日僑義勇隊500人。
1945年4月，華西列夫斯基奉命開始製定對日作戰計劃。為了能在最短時間內摧毀日軍整個軍事體係，曾考慮過3種方案：一是進攻日本本土，但實施戰略性登陸戰役沒有把握；二是進攻華北，但因日軍沒有密集集團，不能達到速戰速決的目的；三是殲滅關東軍。最後，確定了進攻關東軍的方案，同時在南庫頁島和千島群島實施登陸戰役，控製宗穀、根室兩海峽，威逼日本本土，保障蘇聯海上的航行自由。
在選擇主突方向時，蘇軍統帥部分析東北的地形、道路和日軍的部署後，認為把主突方向選在蒙古東部突出部最有利。因該方向日軍防禦薄弱，大興安嶺以東地形開闊，便於坦克機械化兵團行動，隻要迅速越過大興安嶺，就能出其不意，迅速前出到東北平原，從而達成進攻突然性。總的企圖是：以3個方麵軍從東、西、北3個方向同時進攻，東西對進，以西為主，北麵為輔助進攻方向，切斷東北日軍與華北、朝鮮的聯係，分割圍殲關東軍主力於中滿地區。蘇軍統帥部在訓令中強調：“盡快奪取勝利，避免與日軍在滿洲陷入持久作戰。”
為了達成速戰速決，蘇軍統帥部認為，僅靠遠東原有40個師的兵力是不夠的，遂決定從歐洲向遠東機動兵力。在5～7月內，向遠東和後貝加爾地區增調了2個方麵軍指揮機構、3個合成集團軍、l個坦克集團軍，共27個師、12個旅、許多獨立兵團和特種部隊，使遠東兵力猛增1倍。
鑒於戰區遠離莫斯科，戰場廣闊，作戰方向分散，協同困難，為實行統一的戰略領導，在伯力成立了以華西列夫斯基為總司令，希金上將為軍事委員，斯·帕伊凡諾夫上將為參謀長，並賦予全權的遠東蘇軍總司令部。下轄3個方麵軍、太平洋艦隊和黑龍江區艦隊，共有11個合成集團軍、l個坦克集團軍、1個騎兵機械化集群、3個空軍集團軍、3個防空集團軍。計陸軍80個師（其中6個騎兵師、2個坦克師），火炮2.6萬門，坦克和自行火炮5500餘輛，作戰飛機3800餘架，海軍各種艦船500餘艘，海軍航空兵飛機1500餘架。總兵力達150餘萬人。其戰役部署如下：
後貝加爾方麵軍：轄1個坦克集團軍、4個合成集團軍、1個騎兵機械化集群、1個空軍集團軍和1個防空集團軍，約65萬人。其任務是分割圍殲關東軍第3方麵軍主力於長春、沈陽地區，切斷關東軍與華北的聯係。方麵軍以坦克第6集團軍和第17、第39、第53集團軍組成主突集團，從外蒙古的塔木察格布拉克向長春、沈陽方向實施主要進攻，以第36集團軍從左翼向海拉爾、齊齊哈爾方向實施輔助進攻，以蘇蒙騎兵機械化集群從右翼向承德、張家口方向實施輔助進攻，以第53集團軍為第2梯隊。以2個步兵師、1個坦克師、1個坦克旅為預備隊。當前任務是，戰役第15天越過大興安嶺，前出至索倫、突泉、魯北一線，坦克第6集團軍不遲於戰役第5天進至上述地區，爾後向長春、沈陽進攻。戰役縱深800~1000公裏。司令部設在赤塔，臨戰前進至塔木察格布拉克。