德國投降後，日本仍在與美國、英國等盟國作戰。1945年8月8日，蘇聯對日宣戰。當時，大批日本關東軍集結在蘇聯邊境。蘇聯指揮部從歐洲向遠東調遣部隊，使蘇軍總兵力超過170萬人。8月9日，蘇軍從陸、海、空三個方向對日軍發起進攻，戰線長達五千多公里。太平洋艦隊進入公海，切斷了關東軍與日本本土的海上聯繫。
在蘇聯紅軍和蒙古人民軍（由霍爾洛·喬巴山元帥指揮）的快速推進下，關東軍迅速潰敗。蒙古人民軍於8月10日對日宣戰。中國東北地區、朝鮮（在“滿洲戰役”期間）、南薩哈林島和千島群島相繼獲得解放。截至9月2日，與紅軍作戰的日軍已全部投降。關東軍的覆滅加速了日本的戰敗進程。
儘管美國在1945年8月6日和9日對廣島和長崎投下了原子彈，但反希特勒聯盟中的蘇聯方面並未指望日本會迅速投降。在為期23天的戰鬥中，蘇軍使日軍遭受了二戰中最慘重的損失：日軍傷亡超過70萬人，其中約8.4萬人陣亡，被俘人數達64萬。蘇軍方面，不可輓回的損失為1.2萬人，負傷2.44萬人。
日本喪失了其在中國大陸最大的軍事工業基地和最精銳的陸軍部隊，已無力繼續作戰。1945年9月2日，日本在美軍“密蘇里”號戰列艦上簽署無條件投降書，完全接受《波茨坦公告》的條款。由於蘇聯的軍事勝利，日本將南薩哈林島和千島群島歸還蘇聯。
根據《波茨坦公告》，日本的主權範圍限於本州、九州、四國、北海道及其他由盟國指定的小島。第二次世界大戰是人類歷史上規模最大的軍事衝突，持續六年，涉及17億人口，動員軍人超過1.1億。戰火遍及歐洲、亞洲、非洲、大西洋、太平洋、印度洋和北冰洋。這是最殘酷、破壞性最強的戰爭，導致超過5500萬人喪生，其中蘇聯承受了最慘重的人員損失，約2700萬人死亡。
戰爭最重要的成果是擊敗了最具侵略性的反動勢力，徹底改變了世界政治格局，奠定了戰後國際秩序的基礎。許多原本可能死於納粹集中營或淪為奴隸的“非雅利安”民族得以幸存。納粹德國和日本帝國主義的失敗推動了全球民族解放運動的高漲和殖民體系的瓦解。策劃和執行反人類戰爭的罪魁禍首也首次受到法律嚴懲——1945年至1949年的紐倫堡審判和1946年至1948年的東京審判，為此奠定了基礎。