5 июля часть сил 11-й гвардейской армии совместно с соединениями конномеханизированной группы генерала Н.С. Осликовского и 25-й танковой бригадой (подполковник И.П. Мищенко) 29-го танкового корпуса 5-й гвардейской танковой армии заняла крупный железнодорожный узел и важный опорный пункт обороны противника на вильнюсском направлении – город Молодечно. В ночь на 7 июля соединения 3-го гвардейского механизированного корпуса форсировали р. Вилия и ворвались на южную и восточную окраины Вильнюса. Части 215-й и 277-й стрелковых дивизий 5-й армии атаковали противника на северной окраине города и завязали уличные бои. К исходу дня к юго-восточной окраине Вильнюса подошел 29-й танковый корпус генерал-майора танковых войск Е.И. Фоминых. Бои в городе не прекращались и в ночь на 8 июля. С утра в соприкосновение с противником вступили части 3-го гвардейского танкового корпуса генерал-майора танковых войск И.А. Вовченко, которые с ожесточенными боями стали продвигаться к центру города. Их успеху во многом способствовали героические действия саперов под командованием старшего лейтенанта Павловского, которые под сильным огнем противника разминировали мосты через р. Вилейка. Используя успех танкистов, соединения 65-го и 72-го стрелковых корпусов 5-й армии также стали пробиваться к центру Вильнюса. Однако в ожесточенных уличных боях с упорно сопротивляющимся противником они продвинулись незначительно.
К семи часам вечера 9 июля 3-й гвардейский кавалерийский корпус генерала Осликовского атакой с флангов и тыла взял г. Лида. К этому времени Вильнюс был почти полностью окружен. Попытка 12-й танковой дивизии прорвать кольцо окружения и соединиться с гарнизоном успеха не имела. В самом городе продолжались ожесточенные бои с упорно сопротивляющимся противником. В результате двухдневных уличных боев советские войска очистили от противника северную, восточную и южную части Вильнюса.
Противник, стремясь удержать Вильнюс, сосредоточил в районах Мейшагола (25 км северо-западнее Вильнюса) и Ландварово (Лентварис) (12 км юго-западнее Вильнюса) около шести соединений, в том числе боевую группу 6-й танковой дивизии и моторизованную бригаду «Вертхерн». Она имела задачу нанести контрудар по войскам 3-го Белорусского фронта и соединиться с окруженным гарнизоном. Учитывая сложившуюся обстановку, генерал армии Черняховский приказал вывести из Вильнюса соединения 5-й гвардейской танковой армии и 3-го гвардейского механизированного корпуса, оставив для блокирования окруженного противника две стрелковые дивизии. Основным силам 5-й армии при поддержке части сил 5-й гвардейской танковой армии и 3-го гвардейского механизированного корпуса была поставлена задача разгромить мейшагольскую группировку врага.
Войска 5-й армии и 3-й гвардейский танковый корпус 5-й гвардейской танковой армии отразили контрудар противника и вынудили его начать отход в западном направлении. Попытка вражеского десанта, высаженного 10 июля в районе леса Погрудас (6 км западнее Вильнюса), прорваться в Вильнюс также оказалась безуспешной. В тот же день во избежание напрасного кровопролития советское командование предложило окруженному гарнизону прекратить дальнейшее бесполезное сопротивление. Однако противник на ультиматум не ответил. После ожесточенных боев войска 5-й армии, 5-й гвардейской танковой армии, 3-й гвардейский механизированный корпус при поддержке авиации 1-й воздушной армии и дальнего действия, а также партизан 13 июля полностью освободили Вильнюс.
В ночь на 14 июля 16-й гвардейский стрелковый корпус 11-й гвардейской армии с ходу форсировал Неман в районе Алитуса и захватил на левобережье плацдарм до 25 км по фронту и до 4 км в глубину. Части 31-й армии 16 июля с ходу преодолели реку в районе Друскининкай.
К 20 июля войска 3-го Белорусского фронта, завершив Вильнюсскую операцию, продвинулись на глубину до 210 км. В результате были созданы благоприятные условия для продвижения к Восточной Пруссии. Особенностями операции явились: форсирование с ходу водных преград с использованием подручных средств; применение для захвата тактических плацдармов подвижных групп и передовых отрядов общевойсковых армий и соединений; создание внутреннего и внешнего фронтов окружения подвижными войсками. Операция выявила и ряд недостатков: неудовлетворительная маскировка и слабое прикрытие войск от ударов авиации противника; втягивание подвижных групп в бои за крупные населенные пункты (5-я гвардейская танковая армия в боях за Вильнюс).
Каунасская наступательная операция