В 5 часов 16 августа отряд кораблей Северо-Тихоокеанской флотилии (1 сторожевой корабль, 4 тральщика, 2 больших охотника, 4 малых охотника, 19 торпедных катеров, 1 транспорт) высадил в порту Торо десант в составе 365-го отдельного батальона морской пехоты и 2-го батальона 113-й стрелковой бригады – 1390 человек. Этот десант овладел портом и посёлком Торо и к исходу дня очистил от японских войск несколько населённых пунктов в радиусе 8-12 км от порта. Японцы, в числе которых были как военнослужащие, так и вооружённые штатские, потеряли в бою за Торо 84 человека убитыми и 29 пленными. На следующий день советские десантники, ломая упорное сопротивление противника, захватили г. Яма-Сигай, порт Эсутору и перекрыли дороги к Котонскому укрепрайону вдоль западного побережья Сахалина. Самые тяжёлые потери десантники понесли не от огня японцев, а от бомб и снарядов своей флотской авиации: погибли командир первого эшелона десанта, два морских пехотинца и офицер из 113-й бригады.
18 августа встречными ударами частей 56-го стрелкового корпуса с фронта и тыла оборона противника в Котонском укрепрайоне наконец была прорвана. К вечеру того же дня остатки гарнизона в количестве 3300 солдат и офицеров сдались на милость победителя. Советские войска заняли Котой, после чего развернули стремительное наступление к южному побережью Сахалина. Отступающие японские части взрывали мосты и портили дороги.
Утром 20 августа в порту Маока отрядом Северо-Тихоокеанской флотилии (17 боевых кораблей и 5 транспортов) был высажен морской десант в составе 113-й стрелковой бригады и сводного батальона морской пехоты – всего 3400 человек. Противник подверг корабли и десантные группы ожесточённому ружейно-пулемётному обстрелу. К полудню десант овладел портом и городом Маока, железнодорожными станциями Томамай и Атакай. Потери японского гарнизона составили 300 человек убитыми и 600 пленными, потери советского десанта – 77 человек убитыми и ранеными. В ходе высадки катер МО-35, принятый за «огневую точку противника», был обстрелян сторожевым кораблём «Зарница». В катер попало два снаряда, которые ранили шестерых членов экипажа. Десант по суше развил успех в направлении военно-морских баз Хонто, Рудака и Отомари.
В ночь на 23 августа и в течение всего дня ВВС Тихоокеанского флота непрерывно бомбили железные дороги на Южном Сахалине в районе станций Футомата и Томамай и разрушали мосты через р. Осана-Гава. Зачем всё это делалось, остаётся только гадать.
24 августа в районе Тойохара были выброшены парашютные десанты. В тот же день без боя сдался г. Хонто. 25 августа сводная бригада морской пехоты (1600 человек) атакой с моря захватила Отомари, взяв в городе 3400 пленных. В тот же день части 56-го корпуса во взаимодействии с парашютистами заняли столицу Южного Сахалина г. Тойохара, взяв в плен штаб 88-й пехотной дивизии противника. В течение 25–26 августа остатки японской группировки на Сахалине капитулировали. 29 августа в 15 часов 30 минут большой охотник БО-119 и пограничный катер № 33 высадили 40 десантников на мыс Ниси-Ноторо-Мисаки, приняв капитуляцию последнего японского гарнизона на Сахалине – 700 солдат и офицеров.
Всего в ходе Южно-Сахалинской фронтовой наступательной операции советскими войсками было истреблено до 12 тыс., взято в плен 18 320 японских солдат и офицеров и интернировано 24 600 гражданских лиц, захвачено у противника в качестве трофеев 3 танка и 223 артиллерийских орудия, миномёта и гранатомёта. Советские войска потеряли 1600 солдат, матросов и офицеров, в том числе 501 погибшими.
Из Отомари в Вакканай (на Хоккайдо) в страшной спешке на борту вспомогательного крейсера и эсминца 5-го флота сумели эвакуироваться только 400 японских солдат и 100 офицеров – совершенно деморализованных и почти безоружных. Захваченный Японией у России в 1905 г. Южный Сахалин был силой же возвращён Советскому Союзу. 14 наиболее отличившихся в боях частей и соединений армии и флота получили почётное наименование «Сахалинские».