Обнаружив высадку, по десанту и кораблям открыла огонь 12-орудийная батарея в районе оз. Беттоби. Японцы спешно подтянули до двух бригад пехоты, 40 полевых орудий, 45 танков и предприняли попытку сбросить десант в море, однако их атаки успеха не имели. В 6 часов 30 минут начали высадку главные силы. При поддержке корабельной и береговой артиллерии Камчатского оборонительного района (4-орудийная 130-миллиметровая батарея на мысе Лопатка) десант успешно отражал отчаянные контратаки японского гарнизона, шаг за шагом расширяя плацдарм по фронту и в глубину. Ожесточённый бой длился более 5 часов, некоторые высоты трижды переходили из рук в руки. К исходу дня 18 августа десантники прочно закрепились на захваченном плацдарме и приступили к его оборудованию. Во второй половине дня самолёты 128-й авиадивизии нанесли несколько успешных ударов по портам Катаока и Касивара, по скоплениям японских войск в глубине обороны и по боевым порядкам противника на южных скатах высот 171 и 165[18]
.Упорное сопротивление японского гарнизона, а также ошибки в организации и проведении высадки десанта потребовали принятия срочных мер. Десант усилили двумя стрелковыми полками и двумя артдивизионами, переброшенными с Камчатки. Вместе с тем командование японской 91-й пехотной дивизии заявило о своей готовности к 16 часам 19 августа прекратить боевые действия, но обещания не выполнило. Утром 20 августа японская батарея «Беттоби» неожиданно обстреляла советские корабли, причём в результате обстрела минный заградитель «Охотск» получил три прямых попадания, на нём было убито и ранено 15 человек. Силы советского десанта при поддержке авиации и корабельной артиллерии возобновили наступление. Не выдержав мощного удара, японцы начали отходить в глубь острова. В боях 18–20 августа японский гарнизон понёс большие потери – 369 солдат и офицеров убитыми и 17 танков, из которых 15 сгорело. С 21 августа японцы начали сдаваться в плен. К 23 августа Шумшу был взят, его гарнизон частью истреблён, частью сложил оружие. В военно-морской базе Катаока было взято 1400 пленных, а всего на Шумшу в плен попало 13 673 японских солдата и офицера во главе с командиром 91-й пехотной дивизии генерал-лейтенантом Цуцими Фусаки. В свою очередь, в боях за Шумшу советские десантные силы потеряли 4 десантных корабля и сторожевой катер потопленными, ещё 8 десантных судов получили сильные повреждения. Убыль корабельных команд составила 134 человека убитыми и 213 ранеными, потери батальона морской пехоты Петропавловской военно-морской базы – 156 человек убитыми и пропавшими без вести и 171 ранеными.
За 23–28 августа силы Камчатского оборонительного района и Петропавловской ВМБ последовательно очистили от японских войск северную гряду островов до Урупа включительно, разоружив 91-ю пехотную дивизию, 41-й отдельный пехотный полк и 129-ю пехотную бригаду, взяв в плен 30 338 японских военнослужащих – 4 генералов, 1280 офицеров, 4045 унтер-офицеров, 25 113 солдат. Были захвачены следующие трофеи: 20 108 винтовок, 429 лёгких пулемётов, 340 тяжёлых пулемётов, 101 зенитный пулемёт, 464 казематные пулемётные установки, 165 пушек всех калибров, 37 гаубиц всех калибров, 101 миномёт, 98 гранатомётов, 60 танков, 139 автомобилей, 7 самолётов, 5 самоходных барж, 153 оптических прибора (стереотруб, перископов, биноклей) и 77 лошадей.
28 августа 1945 г. высадкой десанта на остров Итуруп началась операция Северо-Тихоокеанской флотилии и 87-го стрелкового корпуса по овладению островами Южной Курильской гряды. На Итурупе в плен сдались основные силы 89-й японской пехотной дивизии – 10 тыс. солдат и офицеров во главе с генерал-лейтенантом Кейто Угава. 1–2 сентября 1945 г. десантные силы Северно-Тихоокеанской флотилии и 87-го стрелкового корпуса заняли острова Кунашир и Шикотан. На Кунашире было взято 1250 пленных, на Шикотане -4800 пленных (4-я пехотная бригада и полевой артиллерийский дивизион) во главе с генерал-майором Дзио Дой.
4 сентября 1945 г. небольшие подразделения советских войск беспрепятственно высадились на острова Хабомаи. Приёмом капитуляции японских гарнизонов этих мелких островов, имевших общую численность 1250 человек, завершилась Курильская десантная операция. У капитулировавших японских гарнизонов было принято 825 винтовок, несколько ящиков патронов и гранат и 8 лошадей. Кроме того, на Хабомаи было интернировано 35 местных жителей, а также захвачен в море японский кавасаки, шедший в сторону Хоккайдо. На борту судёнышка оказались гражданские беженцы – 17 взрослых и 5 детей. Всего на островах Южной Курильской гряды и островах Хабомаи было принято по капитуляции 20 104 военнопленных, 90 артиллерийских орудий, 200 пулемётов, до 30 тыс. винтовок и карабинов, 1 шхуна, 1 кавасаки.