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。
遠東第1方麵軍：轄4個合成集團軍、1個戰役集群（轄2個師）、1個空軍集團軍和1個防空集團軍，約58萬人。其任務是在太平洋艦隊的配合下，分割圍殲關東軍第1方麵軍於牡丹江、敦化地區，切斷關東軍同朝鮮和日本的聯係，爾後向哈爾濱、吉林、長春進攻。方麵軍成一個梯隊，以第1、第5集團軍和第10機械化軍組成主突集團，向牡丹江方向實施主要進攻；以第25集團軍從左翼向汪清、延吉方向實施輔助進攻；以第35集團軍從右翼，向密山方向實施輔助進攻。以2個步兵軍、1個騎兵師為預備隊。當前任務是突破日軍邊境築壘地帶，於戰役第18天前出至牡丹江、汪清一線，爾後向哈爾濱、吉林進攻。戰役縱深400~500公裏。司令部設在雙城子，臨戰前至格羅捷闊沃。
蘇軍攻克築壘地域遠東第2方麵軍：轄3個合成集團軍、1個空軍集團軍和1個防空集團軍，約33萬人。其任務是在黑龍江區艦隊的協同下，殲滅日軍第4軍。方麵軍以第15集團軍沿鬆花江向佳木斯、哈爾濱方向實施主要突擊；以第2集團軍從右翼向齊齊哈爾實施輔助進攻；以獨立第5軍從左翼向寶清實施輔助進攻。戰役第一階段，第16集團軍在太平洋艦隊協同下，擔任韃靼海峽西岸和堪察加半島的防禦，爾後，在南庫頁島和千島群島實施登陸作戰。戰役縱深500公裏。方麵軍成一個梯隊。以1個師和1個旅為預備隊。司令部設在伯力，開戰前進至列寧斯科耶。
太平洋艦隊：以潛艇和航空兵在日本海域積極行動，切斷關東軍與日本本土駐軍的聯係；支援地麵部隊的瀕海翼側防禦；協同陸軍在北朝鮮東岸諸港口、南庫頁島和千島群島登陸作戰。司令部設在海參崴。
各空軍集團軍分別隸屬於各方麵軍。方麵軍首長根據當時敵情、地形和任務，賦予航空兵以不同的具體任務和協同方法。其主要任務是：實施不間斷的空中偵察；奪取和保持製空權；支援地麵主要突擊集團的戰鬥行動。海軍航空兵保障艦隊的海上作戰，破壞日軍海上交通，支援登陸兵上陸作戰。
3突破日軍邊境
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（陣位）。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。