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为了实施上述作战计划，美军首先加强了对日轰炸，企图使日本无法利用本土的库存物资制造飞机和其他武器装备，中断武器的生产和补充，以利尔后的作战。从1944年6月中旬起，美军开始了对日本本上频繁的战略轰炸。
6月16日，美国战略空军第20航空队所属驻中国成都空军基地的B—29重型轰炸机编队47架，首次袭击日本九州北部小仓，集中轰炸日本钢铁工业城市八幡制铁所（今新日本制铁公司）。
1944年7月至1945年1月6日止，美第20航空队从成都基地出动40至80架次B—29型飞机的编队，对满洲、朝鲜、台湾、北九州前后共实施10余次空袭。1944年7月6日，美军占领马里亚纳群岛的塞班岛后，即在该岛抢修航空基地。随后，驻中国的B—29型轰炸机逐渐转移到马里亚纳基地。
11月24日，美国战略空军第20航空队B—29重型轰炸机编队110架次，第一次从马里亚纳群岛的塞班岛基地起飞，分别对东京、横滨、名古屋、大阪和神户地区的飞机制造厂，集中进行高空精密轰炸。至1945年2月，美军出动B—29重型轰炸机1100架次，共袭击14次，使日本的武器总产量减产16％。从1945年3月起，美战略空军B —29重型轰炸机改为2000～6000米的低空投掷燃烧弹，对日本大中城市全面实施地毯式轰炸。自1944年11月至1945年8月14日的9个半月中，美航空兵共出动B—29重型轰炸机17500架次，投弹16万吨。
与此同时，美军从1944年3月后，在关门海峡两侧和神户、广岛、佐世保等港湾进行大面积布雷，封锁水道。美第20航空队对日本的空中布雷持续4个半月的时间，出动飞机1。7万架次，共投水雷1。2万枚，击沉击伤日本船只670艘，共139万余吨，使日本海上交通陷于停顿。
总之，美军对日加强轰炸和封锁以来，使日本战时经济进一步陷于崩溃、瘫痪的境地，其炼油工业生产下降了83％，飞机引擎生产下降了75％，飞机骨架生产下降了60％，电子装备生产则下降了70％。 600多家主要军事工业工厂不是被炸毁就是遭到严重破坏。到1945年春夏，日本驶向南方的船队被迫停航，向北航行的船队几乎大部分被击沉。海外交通陷于瘫痪，原料无法运输，工厂遭到破坏，石油、粮食进口已不可能，各种物资极端匮乏，日本法西斯已面临绝境。
三、苏对日宣战，出兵消灭关东军主力
波茨坦公告发表后，日本辰高战争指导会议于1945年7月27日开会，讨论波茨坦公告与苏联调停的问题。以军部阿南惟几陆相、梅津美冶郎参谋总长等主战派以种种条件为理由主张全面拒绝波茨坦公告；以东乡外相等人则认为：苏联政府未在波茨坦公告上签名，因此苏联对日本仍然保持着法律上的中立，且盟国对过去所提出的无条件投降的要求有所缓和，所以应当先看一看苏联的态度，然后再最后决定日本的态度。7月28日，铃木首相屈服于军部首脑的强烈要求，在一次记者招待会上声明说：波茨坦公告只不过是《开罗宣言》的“旧调重谈”，“政府认为（公告）并无任何重要价值。只有对它置之不理。”＇〔日〕服部卓四郎：《大东亚战发全史》，原书房，1970年版，第920页。＇
日本公开拒绝波茨坦公告，盟国只有对日本法西斯进行最后一战。美国杜鲁门政府为了争取掌握占领日本的主动权，急欲想单独迫使日本投降，以便获得在战后同苏联对抗的有利战略地位，遂于8月6日抢在苏联出兵之前在日本广岛投下第一颗原子弹。9日，又在长崎投下第二颗原子弹。人类历史上第一次毁灭性武器——原子弹的两次轰炸，使日本两个城市遭到空前灾难。当日，广岛市民死伤17万人，长崎居民死伤6。6万人。由于日本统治集固执意拒降和顽抗。致使日本国民遭受了灾害。美国对日本本土使用原子弹，加速了日本军国主义政府的迅速投降。
8月8日17时，苏联外交人民委员莫洛托夫召见日本驻苏大使佐滕尚武，交给他一份苏联对日宣战书，宣布参加波茨坦公告，并当面宣布，苏联从8月9日起同日本处于战争状态。苏联政府对日宣战书的具体内容如下：
“在希特勒德国失败与投降后，日本是依然坚持战争的唯一强国。美、英、中三大强国今年7月26日，关于日本武装部队无条件投降的要求已被日本拒绝，因此日本政府要求苏联调解远东战争的建议已失去了一切根据。鉴于日本拒绝投降，盟国建议苏联政府参加反对日本侵略的战争，这样使战争结束的时间更加接近、减少牺牲者的数目，并加速一般和平的最早恢复。苏联政府忠实于其对盟国的义务，接受了盟国的建议，并参加盟国今年7月26日的公告。苏联政府认为苏联政策的这一方针，是能使和平更加接近，解除各国人民进一步的牺牲和苦难，并使日本人民避免德国在其拒绝无条件投降后所遭受的那些危险与毁灭的唯一方法。由于上述各点，苏联政府宣布：从明天即8月9日起，苏联将认为其本身已与日本进入战争状态。1945年8月8日。”
与此同时，苏联驻东京大使马立克将苏联政府这一宣言通知日本政府。
苏联对日作战，既是履行在雅尔塔会议上所承担的在德国投降后两或三个月参加对日作战的反法西斯战争的国际义务，也是苏日矛盾发展的必然结果。
苏联对日宣战，大出日本意料之外。日军原来判断，苏军对德作战结束后，需要体整，对日作战时间可能在1946年春，最早也要在1945年9月上旬；苏军的主要进攻方向，可能由苏联远东滨海地区向中国东北实施。关东军根据这一判断，把防御重点定在中国东北的东部方向。
8月9日零时，苏军发起对日作战，到9月2日日本投降，历时24天，战斗行动约占其一半时间。
关东军的防御计划和兵力部署1945年7月5日，日军大本营确定关东军的对苏作战方针是：“利用满洲广阔地域粉碎敌之进攻；不得已时，也要扼守长春——大连线以东、长春—图们线以南要地，坚持长期作战，以利于遂行大东亚战争。指导要点：
1。尽晕利用北朝鲜东部山地、牡丹江流域西侧山地、大小兴安岭和四平——齐齐哈尔线外沿地区的地形和工事，力争粉碎敌人；为阻滞敌人进攻，预期以一部兵力玉碎。
2。尔后，利用满洲广阔地域和地形，阻敌进攻，以期持久，同时广泛开始游击战。
3。关东军主力适时集中在长大线以东、长图线南山地，诱歼进攻之敌；不得已时，也要扼守通化、临江周围要地，以图长期坚持。”＇〔日〕防卫研修所战史室：《关东军》（2），朝云新闻社，1969年版，第368页。＇
关东军辖第1、3两个方面军，6个集团军和第2航空集团军，计24个师又12旅，70余万人；伪满、伪蒙军8个师又12个旅，约20余万人；日伪军总兵力近100万人。作战飞机150架（另有可用于作战的教练机约500架），坦克160辆，＇〔日〕林三郎：《关东军和苏联远东军》，中译本第170页。＇ 各种火炮5000门。此时的关东军绝大部分是刚组建的新部队，其装备和战斗力已远非当年的面貌。由于在中国关内作战和太平洋方面的消耗，其精锐的部队大部已不复存在。为了应急，关东军于1944年新编4个师，1945年2月新编8个师，在7月的“全体动员”中，又新编成8个师另7个旅，使关东军迅速膨胀，达到上述师，旅的总数。
关东军的部署如下：第1方面军担任东部正面防御，主力集中在牡丹江、延吉一线，司令部设在牡丹江；第3方面军担任西部正面和南满的防御，司令部设在沈阳，其44集团军配置在阿尔山、洮南、通辽地区，第30集团军配置在长大线以东地区；第4集团军担任北部正面防御，司令部设在齐齐哈尔。第34集团军为关东军的预备队，配置在朝鲜咸兴地区。
关东军的防御由三道防御地带组成。第一道，由边境筑垒地域及二线主阵地组成；第二道，沿长大和长图线设置，成据点式防御；第三道，以通化为中心，沿中朝边境山区设置，是最后抵抗地域，纵深工事在开战前刚刚动工。
苏军的进攻企图和兵力部署1945年4月，华西列夫斯基奉命开始制订对日作战计划。并确定了进攻关东军的方案。其总的企图是：以三个方面军从东、西、北三个方向同时进攻，东西对进，以西为主，北面为辅助进攻方向，切断东北日军与华北、朝鲜的联系，分割围歼关东军主力于中满地区。苏军统帅部在训令中强调：“尽速夺取胜利，避免与日军在满洲陷入持久作战。”＇弗诺特钦科：《远东的胜利》（中译本）第39页。＇
为实行统一的指挥，在伯力成立了以华西列夫斯基元帅为总司令，希金上将为军事委员，斯·帕·伊凡诺夫上将为参谋长，并赋予全权的远东苏军总司令部。下辖三个方面军、太平洋舰队和黑龙江区舰队，共有11个合成集团军、1个坦克集团军、1个骑兵机械化集群、3个航空兵集团军、3个防空集团军。计陆军80个师（其中6个骑兵师、2个坦克师），火炮2。6万门，坦克和自行火炮550O 余辆，作战飞机3800余架，海军各种舰船500余艘，海军航空兵飞机1500余架。总兵力达150余万人。确定战役部署如下：
后贝加尔方面军：辖1个坦克集团军、4个合成集团军、1个骑兵机械化集群、l 个航空兵集团军和1个防空集团军，约65万人。任务是分割围歼关东军第3方面军主力于长春、沈阳地区，切断关东军与华北的联系。主突集团从外蒙古的塔木察格布拉克向长春、沈阳方向实施主要进攻，左翼集团军向海拉尔、齐齐哈尔方向实施辅助进攻，右翼机械化集群向承德、张家口方向实施辅助进攻。当前任务是越过大兴安岭，前出至索伦、突泉、鲁北一线，尔后向氏春、沈阳进攻。
远东第1方面军：辖4个合成集团军、1个战役集群（辖2个师）、1个航空兵集团军和1个防空集团军，约58万人。任务是在太平洋舰队的配合下，分割围歼关东军第1方面军于牡丹江、敦化地区，切断关东军同朝鲜和日本的联系，尔后向哈尔滨、吉林、长春进攻。主突集团向壮丹江方向实施主要进攻；左翼集团军从向汪清、延吉方向实施辅助进攻；右翼集团军向密山方向实施辅助进攻。当前任务是突破日军边境筑垒地带，前出至牡丹江、汪清一线，尔后向哈尔滨、吉林进攻。
远东第2方面军：辖3个合成集团军、1个航空兵集团军和1个防空集团军，约33万人。任务是在黑龙江区舰队的协同下，歼灭日军第4军。以主力沿松花江向佳木斯、哈尔滨方向实施主要突击；以另一部分别从右翼向齐齐哈尔实施辅助进攻；从左翼向宝清实施辅助进攻。以1个集团军在太平洋舰队协同下，于南库页岛和千岛群岛实施登陆作战。
太平洋舰队：以潜艇和航空兵在日本海域行动，切断关东军与日本本土驻军的联系；支援地面部队的濒海翼侧防御；协同陆军在北朝鲜东岸诸港口、南库页岛和千岛群岛登陆作战。
战役经过战役分为两个阶段：
第一阶段（8月9日至14日），苏军突破日军边境防御，前出到东北平原。
8月8日夜，苏军三十方面军、太平洋舰队和黑龙江区舰队的部队占领进攻出发地域（阵位）。9日零时，各先遣支队越过国境。拂晓，主力先后发起进攻，航空兵分两批袭击哈尔滨、长春、吉林和沈阳，太平洋舰队在日本海积极行动。
在西线，后贝加尔方面军各先遣支队利用夜暗，同时在所有方向越过国境。4时30分，方面军主力开始进攻，基本未遇日军抵抗。坦克第6集团军在相隔70多公里的两个方向上成两路以疏开队形快速前进，战役第一天前进150公里。10日下午，又前进100多公里。坦克第5军当夜登上大兴安岭，占领了台日黑达坝。8月12日，坦克集团军全部越过大兴安岭，其先遣支队已于11日占鲁北，12日占突泉。左翼第36集团军于11日攻克满洲里筑垒地域，坦克部队在海拉尔筑垒地域，遭日军顽抗，主力实施迂回。右翼骑兵机械化集群分两路开进，一路14日攻占多伦，另一路15日占领张北。
在东线，远东第1方面军先遣支队于9日1时偷渡乌苏里江，袭击日军边境筑垒地域。8时半，主力发起进攻，左翼第25集团军和右翼第35集团军分别遭到日军东宁、虎头筑垒地域的顽抗，主力被迫迂回，留一部兵力继续攻击。第5集团军以先遣支队消灭日军火力点后，主力迅速前进，于战役第2天攻占绥芬河，14日攻入牡丹江市区，与第1集团军协同，同日军展开巷战，并以主要力量从牡丹江市南面迂回，直插吉林。
在北线，远东第2集团方面军于9日1时发起进攻，独立第5军强渡乌苏里江，14日占宝清。第15集团军在黑龙江区舰队的协同下，强渡黑龙江，于14日经激战攻占富锦筑垒地域，打通了去佳木斯的道路。第2集团军先担任黑龙江北岸海兰泡沿线的防御，11日转入进攻，于14日包围了孙吴和爱辉筑垒地域。
经战役第一阶段的6天交战，后贝加尔方面军越过大兴安岭，前进450至500公里，前出到东北平原；远东第1方面军前进150至200公里，前出到牡丹江平原；远东第2方面前进50至100公里，前出到佳木斯的接近地；太平洋舰队协同陆战队，占领了北朝鲜雄基、罗津等港口，切断了日军从海上的退路。关东军的部署被割裂、打乱，失去统一指挥，只有部分兵力仍在牡丹江市和海拉尔、孙吴、虎头等筑垒地域继续抵抗。
第二阶段（8月15日至9日2日），苏军继续进攻，关东军投降。
8月15日，日本政府宣布投降，但关东军并未停止抵抗。苏军继续进攻。
后贝加尔方面军于16、1