Между тем активизировались попытки диктаторского режима маршала И. Антонеску договориться с США и Великобританией о введении войск западных союзников на румынскую территорию еще до начала нового наступления Красной Армии. Однако ни США, ни Великобритания не пошли на эту сделку. В Вашингтоне и Лондоне понимали, что им не удастся решить судьбу Румынии за спиной СССР. 12 апреля 1944 г. румынскому эмиссару князю Б. Штибрею, прибывшему в Каир для переговоров с представителями антигитлеровской коалиции, были вручены выработанные советским правительством и одобренные руководством США и Великобритании условия перемирия. Они предусматривали разрыв Румынией отношений с Германией, ее вступление в войну на стороне антигитлеровской коалиции в качестве независимого и суверенного государства, восстановление советско-румынской границы 1940 г., возмещение Румынией ущерба, который она причинила СССР военными действиями и оккупацией части его территории (Бессарабии и ряда областей Южной Украины, включая Одессу), возвращение всех военнопленных и интернированных, обеспечение свободного перемещения войск союзников по румынской территории. Со своей стороны советское правительство выражало согласие на аннулирование навязанного Румынии Германией в 1940 г. так называемого Венского арбитража, по которому она вынуждена была передать Венгрии Северную Трансильванию.
Для румынского диктатора Антонеску условия перемирия оказались неприемлемыми. Он продолжал настаивать на вводе в страну англо-американских войск, полагая, что таким образом ему удастся сохранить за собой власть и избежать возмездия за соучастие в агрессии против СССР. В этой ситуации наиболее трезво мыслящие национальные политики встали на путь сотрудничества с румынской компартией (РКП), которая неизменно выступала за свержение профашистского режима и немедленное прекращение войны с Советским Союзом.
К маю 1944 г. представители компартии и других оппозиционных режиму И. Антонеску партий установили контакты с королем Михаем, который дал согласие на арест Антонеску. При участии румынского военного командования началась подготовка восстания с целью свержения диктаторского режима.
Одновременно в Берлине нарастала тревога по поводу вероятности разрыва отношений с Бухарестом. В начале августа германское командование стало готовиться к осуществлению плана полной оккупации Румынии (кодовое наименование – «Маргарита II»). 15 августа командующий группой армий «Южная Украина» генерал Г. Фриснер получил из ставки Гитлера полномочия взять на себя руководство всеми немецкими военными формированиями в Румынии и по мере необходимости привести план «Маргарита II» в исполнение.
Однако руководству вермахта так и не удалось осуществить свой замысел. 20 августа началась Ясско-Кишиневская операция войск 2-го и 3-го Украинских фронтов против немецких соединений группы армий «Южная Украина». Ее целью было завершить освобождение Советской Молдавии и вывести Румынию из войны на стороне нацистской Германии.
Умелые действия советских армий в Ясско-Кишиневской операции сыграли решающую роль в изгнании немецких войск с румынской территории и переходе Румынии на сторону союзников по антигитлеровской коалиции. В результате операции с 20 по 29 августа 1944 г. были уничтожены 22 немецкие дивизии, в том числе 18 дивизий, оказавшихся в окружении, а также многие дивизии румынской армии. Диктаторский режим лишился вооруженной опоры в стране, что создавало благоприятные условия для победы народного восстания, начавшегося 23 августа 1944 г. В этот день маршал Антонеску был арестован по приказу короля Михая, а румынские войска бухарестского гарнизона приступили к блокированию немецких штабов и других военных объектов вермахта. Уже к вечеру было сформировано новое правительство страны во главе с адъютантом короля генералом К. Санатеску. Оно выступило за немедленное прекращение войны против антигитлеровской коалиции и объявило о начале войны с Германией.
Попытки командующего группой армий «Южная Украина» Фриснера подавить вооруженное восстание в Бухаресте оказались тщетными. У немцев не было сил, чтобы противостоять повстанцам: наиболее боеспособные части вермахта были уничтожены под Кишиневом и Яссами. К 28 августа Бухарест был полностью очищен от германских войск. 31 августа в освобожденный патриотами город вступили соединения 2-го Украинского фронта. В первых колоннах двигались части 1-й румынской добровольческой дивизии имени Тудора Владимиреску, которая в 1943 г. была сформирована из румынских военнопленных в СССР и включена в состав фронта. Население Бухареста восторженно приветствовало войска освободителей.