В пятом часу утра 18 августа корабли открыли огонь по берегу и начали высадку первого броска десанта. Из-за перегрузки и большой осадки десантные суда остановились в 100–150 м от берега на глубине до 2 м, поэтому бойцы добирались до вражеского берега вплавь. Ошеломлённые появлением десантников на берегу, японцы открыли беспорядочный ружейно-пулемётный огонь, но он не помешал высадке. Начавшаяся затем высадка первого и второго эшелонов десанта проходила при сильном артиллерийском противодействии противника. Загорелось несколько десантных судов. К тому же на берегу бойцы имели при себе только стрелковое оружие, так как полевая артиллерия оставалась на транспортах.
Сопротивление противника нарастало. Японское командование предприняло контратаку батальоном пехоты, поддержанную 20 танками. Неравная схватка продолжалась около двух часов. Геройский подвиг в этом бою совершил коммунист старшина 1-й статьи Н. А. Вилков, закрывший своим телом амбразуру вражеского дота. Перед посадкой на корабли Николай Вилков сказал: «Родина и командование возложили на нас почётную задачу. Мы идём в бой, чтобы добить фашистского зверя на востоке. У каждого человека есть чувство страха, но каждый в силах побороть его, ибо выше всех человеческих чувств является воинский долг, любовь к Родине, стремление к боевому успеху. Во имя победы над врагом мы, не задумываясь, отдадим свою жизнь» («История Второй мировой войны…», т. 11, стр. 293). Так поступил и краснофлотец П. И. Ильичёв. В тяжёлую минуту боя он также бросился на амбразуру дзота. Оба моряка посмертно были удостоены звания Героя Советского Союза.
Противнику удалось потеснить передовой отряд, но потеряв до 15 танков и 100 солдат, он прекратил контратаку и вернулся на исходный рубеж. Было возобновлено наступление десантников. Одна из очередных контратак японцев была отбита с большими для них потерями: 17 из 18 танков, участвовавших в ней, были подбиты.
В упорных боях с врагом геройски дрался весь десант. Майор Т. А. Почтарёв, будучи раненым, оставался в строю и командовал батальоном морской пехоты. Командир передового отряда десанта майор П. И. Шутов, имя которого носит один из населённых пунктов острова Шумшу, покинул поле боя только после третьего, тяжёлого ранения. За героизм и умелое руководство боев Почтарёву и Шутову присвоено звание Героя Советского Союза.
Вражеские артиллерийские батареи были уничтожены штурмовыми группами только к утру 19 августа. После этого началась выгрузка орудий с транспортных судов десанта. Японцы также подтягивали свои войска, в том числе с острова Парамушир, готовясь к отражению наступления советских десантников. Но бои уже не возобновились в связи с объявлением по радио приказа о капитуляции японских войск. Вечером 19 августа был подписан акт о безоговорочной капитуляции 91-й пехотной дивизии, оборонявшей острова Шумшу, Парамушир и Онекотан.
Утром 20 августа отряд советских кораблей по договорённости с японским командованием вошёл во Второй Курильский пролив. Однако там он без всякого предупреждения был обстрелян из орудий с островов Шумшу и Парамушир. Когда стало известно о коварном нарушении договорённости, десантники перешли в наступление и, преодолев мощные оборонительные сооружения, отбросили японцев на 5–6 км вглубь острова. Одновременно авиация флота нанесла удар по Касивабаре и Катаоке. Всё это отрезвляюще подействовало на японское командование, которое поспешило заверить советское командование о готовности к немедленной капитуляции.
К исходу 23 августа на Шумшу было пленено свыше 12 тысяч японских солдат и офицеров. Вслед за ними сложили оружие гарнизоны остальных островов.
Курильскую операцию завершил десант, высаженный утром 1 сентября на остров Кунашир. Для японского командования столь быстрые действия советского флота оказались неожиданными. Были нарушены все его планы по эвакуации гарнизонов и материальных ценностей. Всего на Курильских островах было разоружено и пленено до 60 тыс. японских солдат и офицеров.
Советские войска и силы Тихоокеанского флота в короткие сроки завершили операции на приморских направлениях. Они внесли крупный вклад в освободительную миссию Советских Вооружённых сил, давших свободу народам Северной Кореи и вернувших Родине исконно русские земли – Южный Сахалин и Курильские острова.
2 сентября 1945 г. на борту американского линкора «Миссури», вошедшего в Токийский залив, состоялась церемония подписания акта.
Верховный командующий союзными силами генерал Д. Макартур провёл церемонию так, чтобы создать впечатление, будто Япония была сокрушена чуть ли не одними Соединёнными Штатами. Стремясь подчеркнуть, что победа подводит итог почти столетней политики США на Тихом океане, американцы извлекли из музея и доставили на «Миссури» флаг, с которым в 1854 г. коммодор М. Перри «открывал» Японию, то есть заставил её под жерлами орудий подписать неравноправный договор.