Для проведения операции советское командование перебросило с запада на Дальний Восток более 400 тыс. войск, 2 тыс. танков, 7 тыс. орудий и минометов и другую технику. Для этого было задействовано 136 тыс. железнодорожных составов. Вместе с находившимися на Дальнем Востоке войсками они составили три фронта: Забайкальский (маршал Р. Малиновский), 1-й Дальневосточный (маршал К. Мерецков) и 2-й Дальневосточный (генерал армии М. Пуркаев). К проведению операции привлекались также силы Тихоокеанского флота (командующий адмирал И. Юмашев) и Амурской военной флотилии. Общее руководство группировкой войск осуществляло Главное командование советских войск на Дальнем Востоке (маршал А. Василевский). Монгольскими войсками, участвовавшими в операции, руководил маршал МНР Х. Чойбалсан. Действия сил ВМФ и ВВС координировали адмирал Н. Кузнецов и главный маршал авиации А. Новиков. Войска насчитывали 1,6 млн человек, 9,6 тыс. орудий и минометов, около 5,3 тыс. танков и САУ, 5,2 тыс. самолетов и 93 корабля. Японская армия в Маньчжурии (командующий генерал О. Ямада) имела в своем составе около 1 млн человек, 1215 танков, 6640 орудий и минометов, 1907 боевых самолетов и представляла собой в обороне серьезную силу.
А. Василевский главную ставку делал на скрытность подготовки и внезапность удара. 9 августа ударные группировки фронтов одновременно перешли в наступление с территории МНР и Забайкалья на хингано-мукденском направлении, из Приамурья на сунгарийском и из Приморья на харбино-ги-ринском направлении.
Продвижение войск осуществлялось высокими темпами. Особенно стремительно наступали войска Забайкальского фронта. Уже 12 августа соединения 6-й гвардейской армии преодолели Большой Хинган и устремились к ключевым центрам Маньчжурии – Чанчуню и Мукдену. Навстречу Забайкальскому фронту наступали ударные части 1-го Дальневосточного фронта. Среднесуточный темп продвижения советских сил составлял от 30 до 82 км.
В ходе наступления сухопутные войска тесно взаимодействовали с кораблями Тихоокеанского флота. С их помощью был успешно осуществлен ряд десантных операций в портах Северной Кореи – Юкки, Расин, Сейсин и других. Особенно ожесточенные и кровопролитные схватки развернулись за порт Сейсин – укрепленную с моря и оборудованную в инженерном отношении военно-морскую базу японского флота. Первая волна советских десантников (около 200 человек) смогла захватить лишь небольшой плацдарм на побережье. Японцы провели мощную контратаку, которая едва не достигла успеха. Лишь мужество советских морских пехотинцев спасло положение. Бои продолжались здесь еще несколько дней. Но в конечном итоге Сейсин был освобожден. Японскому командованию так и не удалось эвакуировать на территорию метрополии сколько-нибудь значительные контингенты войск.
В свою очередь американские экспедиционные силы начали высадку в Южной Корее. 18 августа было принято решение о разграничении зоны ответственности Вооруженных Сил СССР и США в Корее по 38-й параллели.
Высокие темпы продвижения советских и монгольских войск в центральной части Маньчжурии поставили японское командование в безвыходное положение. Сопротивление Квантунской армии было сломлено. Многие ее части попали в окружение и утратили боеспособность. В этой критической ситуации японское правительство 14 августа приняло решение о капитуляции на условиях Потсдамской декларации и уведомило об этом правительства США, СССР и Англии. Однако, как показали дальнейшие события, практические действия командования Квантунской армии противоречили заявлению японского политического руководства. Императорская армия, прекратив сопротивление против англо-американских войск, продолжала сражаться против соединений Красной армии. В связи с этим Генштаб вынужден был выступить со специальным разъяснением, в котором подчеркивалось, что советские войска будут продолжать наступление, пока противостоящие им японские силы не сложат оружия.
Наступление Красной армии стремительно развивалось, и к 20 августа разгром Квантунской армии был практически завершен. Началась массовая капитуляция японских войск. Стоит отметить, что большое значение в быстрейшем захвате важнейших стратегических пунктов на территории Китая имели воздушные десанты советских войск в таких экономических центрах, как Харбин, Чанчунь, Мукден, а также в морских портах на побережье Тихого океана – Дайрене и Порт-Артуре.
В связи с успехом в Маньчжурии 2-й Дальневосточный фронт частью сил перешел в наступление на Сахалине. ЮжноСахалинскую операцию осуществили соединения 56-го корпуса 16-й армии во взаимодействии с Тихоокеанским флотом. Особенно сильные бои развернулись во время прорыва укрепленного рубежа в районе Контон, где оборонялись части японской 88-й пехотной дивизии. Советским бойцам пришлось брать штурмом многочисленные железобетонные сооружения противника. Тяжелый бой длился трое суток. После прорыва контонского рубежа части 56-го корпуса двинулись далее на юг. К полудню 25 августа японские вооруженные силы на Южном Сахалине прекратили организованное сопротивление и капитулировали.
Заключительным этапом войны против Японии явилась Курильская десантная операция, проведенная частью сил 1-го и 2-го Дальневосточных фронтов и Тихоокеанского флота. Она началась в ночь с 16 на 17 августа с высадки советского морского десанта на острове Шумшу – самом северном в Курильской гряде. Здесь японцы обладали мощной системой береговой обороны. Все участки возможной высадки были пристреляны огнем артиллерии. Сражение за Шумшу продолжалось несколько дней и было кровопролитным. Первая волна советских десантников оказалась под перекрестным обстрелом и не смогла продвинуться вперед. Потребовались дополнительные подкрепления и организованный огонь по японским позициям. В том бою мужество и героизм проявили как пехотинцы, так и военные моряки. Некоторые корабли Тихоокеанского флота, несмотря на пробоины, продолжали поддерживать огнем своих орудий советских десантников. Многие раненые моряки оставались на своем посту. Японцы не выдержали натиска и отступили. Вскоре гарнизон острова Шумшу капитулировал. Таким образом, был утрачен ключевой узел обороны Курильской гряды, за которым последовала капитуляция гарнизонов остальных островов. В период с 18 августа по 4 сентября все они были очищены от противника; в плен сдались до 50 тыс. японских солдат и офицеров.
Действия советских войск в Маньчжурской операции отличались боевой дерзостью и смелостью. Так, десант из 200 человек во главе с генералом В. Ивановым неожиданно высадился на аэродроме Чанчунь, где расположился 25-тысячный японский гарнизон, который после трудных переговоров капитулировал. Не все в Маньчжурской операции проходило успешно. Имел место случай бомбардировки нашей авиацией своих войск (в районе Мукдена), непродуманной загрузки транспортных судов и другие просчеты.
В целом Маньчжурская операция (по американской терминологии «Августовский шторм») относится к числу самых выдающихся операций Второй мировой войны. За две недели была полностью разгромлена миллионная Квантунская армия.