8月16日，登陸部隊攻占了該島西岸的惠須取（索博列沃）海港及其市區。8月20日，另一支登陸部隊攻占了真岡（霍耳姆斯克）海港及其市區。這支部隊繼續向東南方向發展進攻，於8月25日攻占了雷多加（阿尼瓦）以及重要的海港和海軍基地大泊（科爾薩科夫）。8月21日，向豐原方向發展進攻的步兵第56軍，攻下了海港敷香和內路等城市。
為了更快地擊潰和肅清南庫頁島的日軍部隊，蘇空降兵於8月24日在落合、豐原等地的機場著陸。8月25日，第16集團軍的主力趕來與空降兵會合。經過激戰，第16集團軍在古屯地域突破了日軍強固的邊境築壘防線，向南庫頁島腹地推進了360公裏，並在太平洋艦隊的艦艇協同下，粉碎了日步兵第88師，迫使日第5方麵軍1.8萬名官兵繳械投降。
蘇軍在中國東北和庫頁島的順利進攻，為實施肅清千島群島日軍的登陸戰役造成了有利形勢。日軍在千島群島上構築了極為強固的防禦工事，封鎖了蘇聯海軍由鄂霍次克海駛往太平洋的一切出口。
戰役於8月18日晨開始。蘇步兵第101師和海軍陸戰隊1個營組成的登陸隊，在第428榴彈炮團及其他加強兵器的支援下，在占守（施姆舒）島登陸。登陸是在出人意料的濃霧中進行的。日軍發現登陸兵後，企圖用反衝擊將其趕下海去，但未成功。日軍的人員和技術裝備遭到很大損失後，潰散成許多小股，向該島腹地逃竄。到8月23日傍晚，島上的1.2萬名日軍官兵便向蘇軍投降。到9月1日，蘇軍肅清了千島群島所有島嶼上的日本軍隊，日第5方麵軍的4.7萬名官兵繳械投降。
遠東戰役，蘇軍共殲關東軍、偽滿軍和偽蒙軍的全部，第17和第5方麵軍的一半，以及鬆花江江上軍，總共10個軍、l個集團軍級集群和1個區艦隊。日軍損失官兵約70萬人，其中8.3萬餘人被擊斃，60.9萬餘人被俘。俘虜中有陸海軍將級軍官148名。蘇軍傷亡3.2萬餘人。
被蘇軍繳械與俘虜的有：日軍的23個步兵師、10個步兵旅、1個摩托化敢死旅、2個坦克旅（第1旅和第9旅）、2個航空旅（第15旅和第101旅）、1個步兵師（第1師）和1個騎兵師（即興安第2師），偽滿軍的11個步兵旅，內蒙軍的2個騎兵師（第7和第8師）和1個騎兵旅（第1騎兵旅），以及其他各兵種和特種兵的許多兵團和部隊。
蘇軍繳獲了大量的戰利品。僅後貝加爾方麵軍和遠東第1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1.8萬匹馬、679座倉庫及許多其他戰鬥技術裝備和軍用物資。遠東第2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。
蘇軍發動遠東戰役，不僅士氣高昂，兵力雄厚，而且占有政治上、經濟上、軍事上和外交上的全麵優勢，並集中使用了最新技術成果和在蘇德戰爭中的作戰經驗，利用了日軍在作戰指導上的一係列失誤，從而加速了對日作戰的迅速勝利。
遠東戰役，加速了日本投降的進程，縮短了同盟國對日作戰的時間。