Когда казалось, что победа почти одержана, в ночь с 14 на 15 октября из Гроцке и Смедерева прорвались подразделения 2-го полка «Бранденбург» и боевой группы «Виттман» 1-й горнострелковой дивизии. Чтобы предупредить усиление немецких войск в Белграде, Жданов и Дапчевич отрядили вдвое большие, чем у противника, силы. В этом, вероятно, самом неизвестном сражении Белградской операции приняли участие танки 14-й гвардейской механизированной бригады, пехота 21-й сербской и 5-й краинской бригад. Нанесенный немцами ночью удар был очень мощным. Освободители понесли тяжелые потери, но сумели предотвратить соединение германских войск. Под натиском немцев 15-й бригаде пришлось оставить Великий и Малый Мокрый Луг. На какое-то время группа «Штетнер» пресекла коммуникации советско-югославских войск. По немецким войскам работали все доступные огневые средства: от «катюш» до авиации. Командир окруженной 1-й горнострелковой дивизии приказал идти на прорыв без тяжелого вооружения. Дальше всех продвинулась немецкая группа под Болечей. Она была разгромлена танками 4-го гвардейского мехкорпуса ударом с юга и частями 75-го стрелкового корпуса ударом с востока. Около 3000 немцев с личным оружием бежали через Авалу в направлении Шабаца.
Последний бой с немцами в самом Белграде развернулся 19 октября у палаты «Албания» и гостиницы «Москва» (самое сердце города), а на другой день — в Калемегдане (крепость, от которой «есть пошел» Белград). Потери немцев составили 15000 чел., а еще 9000 попало в плен.
На кладбище освободителей в Белграде похоронен 961 солдат и офицер Красной Армии и 2994 бойцов НОАЮ; из них 2092 человека захоронено в братской могиле. Начальник Генерального штаба НОАЮ генерал Арсо Йованович в интервью «Народной Армии» в 1945 г. сказал: «Великий русский народ всегда оставался нашей надеждой. Так было и на этот раз. Вера в его силу и конечную победу являлись решающими факторами в нашей многолетней борьбе. Помимо моральной поддержки Красная армия предприняла огромные усилия по освобождению наших народов. …В освобождении Белграда огромную роль сыграли танковые и артиллерийские части Красной Армии».
А танкистам не выпало передышки. 13-я гвардейская мехбригада по мосту форсировала Саву и совместно с 73-й гвардейской дивизией и 1-й пролетарской дивизией НОАЮ освободила 22 октября от немцев и усташей Земун, а затем — Сремску Митровицу. Танкисты оказали поддержку партизанам во время операции в Баранье. 2 ноября под Вуковаром наступавшие встретили ожесточенное сопротивление частей германской 2-й танковой армии и хорватских войск. Здесь был создан новый рубеж обороны германских войск. В декабре 1944 г. последние советские войска оставили территорию Югославии.
После того как 4-й гвардейский мехкорпус перенес свои операции из Югославии в Венгрию, от него осталось два поврежденных или неисправных Т-34, Танки отремонтировали югославские специалисты в Младеновце, затем они поступили на вооружение НОАЮ.
После Белградской операции изменилась тактика действий НОАЮ. При технической и материальной поддержке СССР армия Тито теперь могла создать и удерживать стратегическую линию фронта. НОАЮ, к этому времени переименованная в Югославскую армию (JA, иугословенска ApMnja), отныне стала сильнее войск противника не только количественно, но и качественно.
Германская группа армий «Е» отступала через Косово, была окружена и разоружена в южной Австрии и Словении в мае 1945 г. Впрочем, отдельные формирования немцев и местных «квислингов» продолжали борьбу и после безоговорочной капитуляции Германии, до 15 мая 1945 г., когда последние из них были уничтожены.
Югославская «бригада Т-34» после летнего обучения в Туле прибыла по железной дороге в Белград 26 марта 1945 г., как раз к моменту разгрома германских войск и формирований усташей на Сремском фронте.
В столице как резерв и охрана Главного штаба осталась одна рота Т-34. Танки этой роты получили особую маркировку — номера от 1 до 10 на подкрылках и изображения трехцветного флага Югославии с красной звездой на башнях. Остальные танки бригады маркировались только трехзначными номерами на бортах башен, а на скулах бортов башен наносились красные звезды.