На рассвете 14 июня, после мощной артиллерийской подготовки (на полосе наступления 23-й армии — 55 минут, а 21-й армии — 90 минут) советские войска начали штурм второй линии обороны противника. Атаки на побережье Финского залива были отбиты, но у деревни Куутерселькя наши войска прорвали фронт.
Особого успеха достигли ИС-2 из 1-й гвардейской танковой бригады. Совершив обходной манёвр через Мустамяки и Неувола, они вышли к Приморскому шоссе в районе Лемпияля и отрезали путь отхода финским частям, оборонявшимся на участке, где наступал 108-й стрелковый корпус. Выйдя на шоссе, танки ИС-2 на полной скорости двинулись вперёд и застали врасплох находившиеся поблизости финские части. Штаб финской кавбригады вынужден был через леса пробираться к своим войскам в районе Уусикиркко.
Советские танки осуществили прорыв во взаимодействии со штурмовой авиацией. Ещё до начала операции в 1-ю гвардейскую танковую бригаду прибыли офицеры связи и наведения от ВВС — бывшие опытные лётчики. Так, старший лейтенант А.Ф. Разгулов, потерявший правую руку, теперь стал отличным специалистом по наведению авиации в бою. Он из танка по рации передавал штурмовикам команды, наводя их на те узлы сопротивления, которые мешали продвижению танков. Иногда танкисты и сами с помощью ракет и трассирующих пуль показывали штурмовикам, где им необходимо нанести удар.
Успех 109-го стрелкового корпуса при прорыве второй полосы обороны противника способствовал развитию наступления 108-го стрелкового корпуса вдоль Приморской железной и шоссейной дорог в направлении на Выборг. Преодолев упорное сопротивление финнов, части 108-го корпуса подошли к поселку Метсякюля (Молодежный) на пересечение дорог, ведущих к Выборгу, Койявисто и Райвола.
19 июня 1944 г. правительство Финляндии обратилось к Гитлеру с просьбой срочно направить в Финляндию шесть германских дивизий и авиацию. Гитлер и без просьбы Маннергейма прекрасно понимал, чем может обернуться четвёртый сталинский удар, и с самым началом его приказал оказать возможную помощь. Однако успешное наступление Красной армии на других участках фронта лишало немцев возможности перебросить большие силы в Финляндию.
18—19 июня с аэродромов в Эстонии в Финляндию перелетели 20 пикирующих бомбардировщиков Ju-87 и 10 истребителей FV-190. 19 июня из Германии в Финляндию на миноносцах было переброшено 9000 гранатомётов «Панцерфауст» и 10,5 тысяч противотанковых ружей. И уже 22 июня финны под Тали впервые применили фугасные патроны.
В порту Хельсинки выгрузилась 303-я германская бригада штурмовых орудий. Чтобы подбодрить финнов, 21 июня эта бригада прошла по улицам их столицы, а затем по железной дороге отправилась на Карельский перешеек.
Одновременно с немцами финны 19 июня обратились за помощью и к Швеции, но там возобладало благоразумие, и в поставках шведского вооружения, в том числе противотанковых пушек «Бофорс», было отказано.
Но вернёмся к боям за Выборг. Экипажи тяжёлых танков КВ проявили изрядную смекалку при прорыве обороны противника. Они ухитрились танками раздвигать гранитные и железобетонные надолбы, установленные в 4–5 рядов. В итоге КВ проходили сквозь них практически без повреждений.
В боях за Выборг финские 114-мм САУ ВТ-42, используя бронебойные снаряды, вывели из строя несколько танков Т-34, но были бессильны перед бронёй тяжёлых танков.
В районе Карелы САУ ВТ-42, упрятанная в засаде, выпустила по танку КВ восемнадцать снарядов и добилась нескольких попаданий, но не сумела пробить его броню. В ответ советский тяжёлый танк выпустил 8 снарядов и вывел ВТ-42 из строя. Судя по всему, финны имели только обычные бронебойные снаряды Если бы в боекомплекте ВТ-42 были кумулятивные снаряды, исход дуэли, несомненно, оказался бы иной.
Для развития успеха 21-й армии из резерва ей придали 30-ю гвардейскую танковую бригаду, которая начала наступление в направлении шоссе и железной дороги Койвисто — Выборг.
В 4 часа утра 20 июня советские войска подошли к Выборгу. Первыми в город ворвались тяжёлые танки 31-го, 260-го полков и 30-й бригады. Символично, что финны, столько лет надеявшиеся на «владычицу морей», увидели танки «Черчилль» на улицах Выборга.
К 19 часам 20 июня финские части были окончательно выбиты из города, а через три часа в Москве произвели салют по случаю взятия Выборга.
Характерной особенностью Выборгской операции является прорыв вражеской обороны на всю тактическую глубину. Это было достигнуто благодаря мощной артиллерийской и авиационной подготовке, которая подавила огневые средства противника во всей первой оборонительной полосе. Действуя в исключительно трудных условиях лесисто-болотистой местности, войска фронта прорвали три мощных оборонительных рубежа противника и за 10 дней боёв прошли более 120 км.
Танки в операции использовались тактически грамотно. При этом средние танки применялись в основном для непосредственной поддержки пехоты, а тяжёлые танки и тяжёлые САУ при прорыве обороны противника действовали в составе штурмовых групп.