Под влиянием успехов Красной Армии в Румынии 23 августа произошел государственный переворот. Она вышла из гитлеровского блока и 24 августа объявила войну Германии. Попытка немцев арестовать румынского короля и организовать оборону Бухареста, а также нефтяных районов Плоешти была сорвана стремительными действиями советских войск.
29 августа советские войска завершили ликвидацию окруженных германо-румынских соединений. Общее количество пленных, взятых в ходе операции, превысило 200 тыс. человек. Тем временем передовые части наступавших вышли на подступы к Плоешти, Бухаресту и заняли порт Констанцу. 31 августа войска 2-го Украинского фронта вступили в Бухарест. За 11 дней с начала операции советские танки продвинулись вперед до 350 км, повторив рекорды германского блицкрига лета 1941 года.
Немцам, потерявшим в этой операции более 100 тыс. убитыми и 98 тыс. пленными, удалось восстановить фронт лишь в горах Трансильвании, где они нанесли в сентябре ряд контрударов, остановив наступление Красной Армии. Общие ее потери на румынской земле составили 286 тыс. чел. (из них 69 тыс. чел. убитыми).
Советский блицкриг в Румынии привел к развалу немецкой обороны на южном крыле советско-германского фронта. Этот успех имел не только военно-стратегическое, но огромное политическое значение. После Ясско-Кишиневской операции Германия фактически теряла Балканы. Победа Красной Армии привела к установлению в большинстве стран Юго-Восточной Европы зоны влияния СССР. Кроме того, потеря немцами нефтяного района Плоешти нанесла тяжелейший удар военной экономике Германии. Красная Армия заняла территорию Румынии, Болгарии, установила связь с югославскими партизанами. Были созданы благоприятные предпосылки для наступления в Венгрии, Чехословакии и Югославии.
Ясско-Кишиневская операция стала одной из выдающихся операций Великой Отечественной войны, войдя в историю как яркий пример стремительного окружения крупных масс противника с одновременным наступлением на внешнем участке фронта. В Ясско-Кишиневской операции советские потери составили чуть более 67 тыс. чел., 75 танков и САУ, 108 орудий и 111 самолетов. В данном отношении эта одна из самых благоприятных операций среди крупных советских наступлений 1943–1945 гг. В целом в ходе семимесячных боев на территории Румынии с марта по октябрь 1944 года советские войска потеряли 286 тыс. человек. Из них безвозвратные потери составили 69 тыс. человек. За успешное проведение Ясско-Кишиневской операции Р. Я. Малиновский получил звание маршала.
12 сентября 1944 года СССР и Румыния заключили перемирие. Оно, в частности, предусматривало восстановление довоенной советско-румынской границы, возмещение убытков, нанесенных советской стороне в ходе войны румынскими войсками, свободное перемещение Красной Армии по территории Румынии. СССР также соглашался на аннулирование венского арбитража по Трансильвании и обещал оказать румынам помощь в ее освобождении. Еще раньше, 6 сентября, румынское правительство передало свои войска в оперативное подчинение командованию Красной Армии.
С завершением Ясско-Кишеневской операции советские войска вышли к румыно-болгарской границе. 30 августа СССР предупредил Болгарию о недопустимости дислокации на ее территории германских частей. Болгарское правительство оставило это предупреждение без последствий. Тогда 5 сентября 1944 года советское правительство объявило Болгарии войну.
Для наступления предназначались войска 3-го Украинского фронта (генерал Ф. И. Толбухин) общей численностью 258 тыс. человек. Они имели на вооружении около 6 тыс. орудий и минометов, свыше 500 танков и САУ, свыше 1 тыс. самолетов. Им могли противостоять 500-тысячная болгарская армия и 30-тысячный немецкий контингент. Не надеясь на успешный исход войны с СССР, болгарское правительство 7 сентября в одностороннем порядке объявило о прекращении войны с Советским Союзом. Тем более значительная часть населения страны испытывала симпатии к СССР и не желала сражаться с его армией.
8 сентября 1944 года советские войска перешли болгарскую границу. Не встречая сопротивления, они двинулись вглубь территории Болгарии. Прежде всего были заняты последние черноморские порты гитлеровской коалиции — Варна и Бургас, что привело к ликвидации ее военно-морских сил на Черном море. После этого Черноморский флот получил безраздельное господство на морских коммуникациях. 9 сентября в Болгарии произошел государственный переворот, и к власти пришло правительство Отечественного фронта, которое порвало отношения с Германией. В тот же день СССР объявил о прекращении войны с Болгарией. 15 сентября части 3-го Украинского фронта торжественно вступили в Софию.