15 сентября войска Ленинградского, 1-го и 2-го Прибалтийских фронтов перешли в давно ожидаемое наступление против группы армий «Север», но русские не сосредоточили, как предполагалось, свои силы в районе Елгавы для нанесения главного удара на Тукумс, а мощными концентрическими ударами с северо-востока, востока и юго-востока начали теснить германские войска к Риге. На севере войска Ленинградского фронта прорвали позиции немцев на реке Нарве и стремительным броском взяли Таллин и Палдиски, переправили часть сил на острова Даго (Хийумаа), Моон (Муху) и Эзель (Сааремаа) и в течение нескольких дней, почти не встретив сопротивления, полностью овладели ими. Только на полуострове Сворбе (Сырве), в юго-западной части острова Сааремаа, германским войскам удалось продержаться еще почти восемь недель.
Одновременно перешел в наступление 3-й Прибалтийский фронт, наносивший удар вдоль железной дороги Псков — Рига, а также 1-й и 2-й Прибалтийские фронты, наступавшие по обе стороны Западной Двины. В ходе тяжелых боев они оттеснили немцев к Риге, охватив их полукольцом восточнее и южнее города, но не сумели добиться полного окружения группы армий «Север» в районе Риги, поскольку связующий коридор в районе Тукумса оставался открытым. По нему на запад в Курляндию отступила 18-я армия.
На втором этапе своего наступления русские в начале октября атаковали позиции германских войск, защищавших Ригу, и одновременно попытались прорваться от Елгавы к морю. После тяжелых боев, продлившихся до середины октября, немцы оставили Ригу, зато удар русских от Елгавы сумели отразить. (Но 5 октября ударная группировка 1-го Прибалтийского фронта начала наступление на Мемельском направлении и 10 октября вышла к морю. —
На плацдарме, который начинался у моря южнее Лиепаи и далее шел на Мажейкяй, Ауце и Тукумс, осталось 26 закаленных в боях дивизий германской Восточной армии и сильная артиллерия, которые упорно и не теряя воли к сопротивлению обороняли этот район вплоть до капитуляции после окончания войны. (В Курляндии в районе Мемеля было блокировано 30 германских дивизий. Из остальных 29 дивизий группы армий «Север» 3 были уничтожены, 26 подверглись разгрому. —
16 октября войска 3-го Белорусского фронта снова перешли в наступление южнее Мемеля, причем главный удар был нанесен на Инстербург и Гольдап, а на юге они расширили фронт наступления на Августов.
Только на линии Шлоссберг — Эбенроде — Гольдап — Филипув после тяжелых боев в районе Роминтер-Хайде, в ходе которых русские овладели Гольдапом, немцы остановили их наступление. Филипув, Сувалки и Августов оказались в руках русских. Южнее Гумбиннена русским удалось осуществить глубокий прорыв и выйти к реке Ангерапп в районе Неммерсдорфа. Благодаря умелому оперативному командованию генерала Хоссбаха войскам 4-й армии удалось, контратакуя фланги русского клина, отрезать значительную часть сил противника, вышедших к реке Ангерапп, уничтожить их и вернуть Гольдап. Около 1000 танков и 300 орудий противника остались на поле сражения, являясь наглядным свидетельством возможности русских вводить в бой на ограниченном пространстве огромные массы техники. (В ходе описывемой Гумбиннен-Гольдапской операции 16–30 октября 1944 г. советские войска потеряли 127 танков и САУ, 130 орудий. В людях безвозвратные потери составили 16 819 чел., санитарные 62 708 чел. Немцы, по советским оценкам, потеряли 40 тыс. убитыми (среди них много фольксштурмистов — юношей, пожилых мужчин) и 600 танков. —
Основная масса русских сил на румынской территории использовалась для достижения политических целей советского руководства в Румынии и Болгарии и для установления связи с партизанами Тито в Югославии. Часть войск, усиленная за счет румын, которые хотели вернуть переданные в свое время Венгрии румынские территории, преследовала остатки германских 6-й и 8-й армий.