日本大使没能及时将消息传回国内，关东军此时正处于懵圈状态 。苏军的远东第一方面军，从苏联的滨海地区，向哈尔滨，吉林方向发动进攻 。从虎头到绥芬河的行军异常艰巨，凡关东军不设防地区，都是原始森林和沼泽地带 。远东第一方面军长途跋涉过泥泞的道路，强渡穆棱河，进入关东军驻垒地域 。关东军一直以为苏军主力远在欧洲，根本想不到苏军会来得这么快 。
关东军的防御部署还没有调整就绪，只好在驻垒地区仓促抵抗 。战役的主动权一开始就掌握在苏军手里，日本士兵在被动的情况下，只能以武士道的精神进行战斗，使苏军遭受了意想不到的伤亡 。苏军在地面火力上有压倒性优势，它的炮兵组成强大的集中突击兵团，日军第一次尝到了喀秋莎犁地式的洗礼 。关东军的航空兵在战役爆发之日，就匆匆撤到日本本土和朝鲜半岛 。
苏军掌握了制空权，其地面部队在没有日空军的威胁，到8月14日便突破关东军驻垒防地，向其腹地推进150公里，来到林口到牡丹江日军设防地区 。苏军继续推进，以包围关东军防御体系的支撑点牡丹江市 。远东第二方面军的任务则是向哈尔滨，保兴方向实施进攻，协助后贝加尔方面军和远东第一方面军，分割围歼关东军 。这个方面军的前面有黑龙江和乌苏里江，江对岸是掩护通往腹地道路的驻垒地域 。
8月9日凌晨，远东第二方面军强渡黑龙江，但关东军主力已经撤往腹地，沿江只有少量以驻垒为依托的守备部队 。关东军守备部队无心恋战，他们撤退时炸毁了黑龙江为数不多的桥梁 。远东第二方面军的强渡本来还算顺利，但天公不作美，倾盆大雨之后，泥泞的黑土地迟滞了其推进的速度 。但苏军还是克服困难，于当日占领了饶河，并于8月14日消灭附近的抵抗枢纽，随即向佳木斯发动进攻 。
苏军以每天平均50公里的速度向前推进 。苏军的阿穆尔河（苏联对黑龙江的称呼）区舰队用船只运载步兵和武器装备的同时，与陆军部队保持着联系，随时为地面战斗提供火力支援 。后贝加尔方面军任务是从外蒙古东部向沈阳，长春方向实施突击 。而要打到沈阳和长春，先要穿越大兴安岭，内蒙古草原和荒无人烟的大戈壁 。在进军的路上，最大的险阻是几乎无法攀登的大兴安岭，而只要克服了这座大山的屏障，前面即是一马平川的平原，关东军将无法阻挡这天降神兵 。
在进攻发起的第三天，苏军终于翻过大兴安岭，关东军猛烈抵抗，在山谷里进行了山地战斗 。苏军当中有不少哥萨克骑兵，在欧洲战场上，哥萨克骑兵曾经突袭德军后方 。现在，它被赋予特殊使命，与蒙古元帅乔巴山一起指挥苏蒙混合机械化军群，利用骑兵和机械化部队快速灵活的特点，从荒无人烟的戈壁突入东北腹地 。（乔巴山）当时日本主政的铃木贯太郎内阁主张与盟军和谈，而此时他已经压制日本激进的军国主义势力 。
苏军在戈壁行军途中，日本天皇宣布无条件投降 。尽管铃木贯太郎是出于避免日本民族陷入一亿玉碎的后果，但其努力在客观上帮助苏军击溃关东军的心理防线，关东军的厌战情绪与日俱增 。然而苏军却没有因为天皇的投降诏书而停止进军，他们认为在日本没有下达日军停止武装抵抗的命令之前，苏军将继续进攻 。苏军的进攻速度超乎预定目标，各方面均越来越靠拢，到苏军进攻的第7天，关东军已经被分割包围 。
关东军万万没想到，苏军的坦克能够在复杂的地形前进几百公里，直逼其老巢 。（铃木贯太郎内阁）关东军想收缩外围兵力，在东北腹地形成聚合力量，顽强抵抗 。但由于苏军推进速度太快，关东军的部队即使收缩回来防御，但是一直没有组织起立体的防御体系 。关东军不甘失败，还组织了敢死队出动 。他们是陆地上的神风特攻队，每个人身上系满炸药和反坦克手雷，突入苏军进攻行列中，只求同归于尽 。
