Коммуникации оказались перерезанными, управление войсками нарушилось. Немецкие полки и дивизии пытались отдельными группами пробиться на запад. Войска 8-й армии находились в несколько более выгодном положении, так как имели возможность спастись, уйдя в отроги Карпат. Лишь небольшой части 6-й армии удалось достичь реки Серет; многие дивизии оказались окруженными и вынуждены были капитулировать. Между тем в Румынии назревал подготавливавшийся в течение долгого времени государственный переворот. Немцам не удалось своевременно раскрыть заговор и пресечь его. Румынский народ, подобно народу Италии, в массе своей с воодушевлением стал переходить на сторону врага. Новое правительство объявило Германии войну. Уже через несколько дней от Германии отпала и Болгария, обратившаяся к западным державам с предложением о заключении перемирия. Болгарское правительство при этом предавалось утопическим надеждам на то, что ему удастся избежать оккупации своей страны Россией, с которой Болгария никогда раньше не находилась в состоянии войны.
В скором времени Румыния и Болгария были уже полностью под контролем новых правительств, и только нефтяной район Плоешти все еще удерживался находившимися там немецкими частями, основную массу которых составляли зенитные части.
Не встречая почти никакого сопротивления, русские армии продолжали свое наступление, преследуя частью сил отходившие к Восточным Карпатам немецкие войска и нанося главный удар в направлении Бухареста и Плоешти. 30 августа русские овладели нефтяным районом Плоешти, несмотря на упорнейшее сопротивление отдельных разрозненных частей, поддержанных с воздуха. С военно-экономической точки зрения это был самый тяжелый и, можно сказать, решающий удар для Германии.
Русские в это время быстро оккупировали Румынию и Болгарию. Уже в начале сентября их передовые части соединились на Дунае с партизанами Тито. Русские повернули часть сил на север и овладели Трансильванией, встретив там в первый момент организованное сопротивление немцев. Успех русских имел одинаково большое политическое и военное значение. Большинство стран Юго-Восточной Европы вышли из-под влияния не только Германии, но и других западных держав. Русские создали себе трамплин для наступательных операций не только против оставшихся незанятыми районов на Балканах, но и против Венгрии, а в дальнейшем — против Австрии и Чехословакии.
15 сентября войска Ленинградского, а также 1-го и 2-го Прибалтийских фронтов перешли в наступление против группы армий «Север». Для немцев это наступление не было неожиданностью. Однако русские избрали направлением главного удара не Тукумс, как это ожидалось, а Ригу и стали оттеснять немецкие войска к морю, нанося им мощные концентрические удары с северо-востока, востока и юго-востока. На севере войска Ленинградского фронта прорвали оборону на реке Нарве и быстро овладели Таллином и Палдиски. Часть их сил переправилась на острова Хиума, Муху и Сааремаа и, почти не встречая сопротивления, в течение нескольких дней полностью овладела ими. Только на полуострове Сырве, в юго-западной части острова Сааремаа, немецким войскам удалось продержаться еще около восьми недель.
Одновременно в наступление перешли войска 3-го Прибалтийского фронта, наносившие удар вдоль железной дороги Псков — Рига, и войска 2-го и 1-го Прибалтийских фронтов, двигавшиеся по обе стороны Западной Двины. В ходе тяжелых боев русские оттеснили немецкие войска к Риге, охватив их широким полукольцом восточнее и южнее города. Но окружить немецкую группу армий в этом районе им не удалось: горловина в районе Тукумса, связывавшая группу армий «Север» с основными силами немцев, оставалась открытой; через нее 18-я армия и была отведена на запад.
На следующем этапе русские в начале октября перешли в наступление против войск, прикрывавших Ригу, стремясь одновременно прорваться из района Елгавы к морю. После ожесточенных боев русские в середине октября овладели Ригой. Однако их наступление из района Елгавы было остановлено. В итоге группа армий оказалась запертой в Северной Курляндии, так как перешедшие в это время в наступление войска 3-го Белорусского фронта вышли на широком фронте к границе Восточной Пруссии и к морю между Клайпедой и Таураге. На этот раз группу армий отделяла от остальных немецких войск довольно широкая полоса. Ссылаясь на какие-то совершенно непонятные сегодня, но якобы существовавшие тогда предпосылки для ведения операций из Курляндии против открытого фланга русских войск, Гитлер решительно отклонил предложение о прорыве группы армий в Восточную Пруссию и упустил таким образом последнюю возможность создания на границах Восточной Пруссии прочной обороны.