苏军在东部地区的进攻开始后，以多路越过横广正面，在大量炮兵、坦克、机群的掩护下，向纵深推进，很快摧毁了日军仓促组织起来的第一线防御，和绕过了日军构筑多年的东宁、绥芬河、虎头等坚固筑垒地域。 东部苏军之攻击重点，是沿着绥芬河向西的铁路玫占牡丹江。防守在这一带的日军第124师团，在开战前其所属之步兵第271、272、273联队及师团之炮兵，原在绥阳地区布防。但在6月下旬奉命将其防区后移至穆棱镇地区。苏军进攻时，这个师团将其271联队部署于铁路以南地区，第272、273联队和15公分口径榴弹炮、30公分口径榴弹炮、15公分口径加农炮等炮兵部队均部署在穆棱镇的铁路以北。为了加强该师团之守备力量，第5军还从135师团中抽出两个步兵大队归其指挥。 8月11日上午，苏军对124师团的阵地，首先以猛烈地炮火对其进行破坏性的射击，空军则进行猛烈的轰炸，至8月12日中午，苏军已攻入敌124师团穆棱镇的主阵地。由于苏军机群的连续轰炸，炮兵部队的猛烈射击，坦克部队和步兵的来往冲杀，此时敌在穆棱镇路以北的炮兵阵地已被摧毁，火炮大部被炸坏。 由于苏军在立体和平面上的强攻，敌124师团伤亡很大，如273联队长及3个大队长全部战死。至8月13日仅两天这个师团已无力再组织抵抗，在该师团行将覆灭前，其272联队长竟要求集合全部尚剩人员，以军旗开道与苏军进行最后一次决死之冲杀。但此时的椎名正健中将知大势已去，全师团己溃不成军，后方亦被苏军迂回隔断，因而他决定撤出战斗，率残部潜入铁路两侧之林区而后撤。
就在第124师团与苏军激战时，第5军司令官清水规矩正在调集部队以加强对牡丹江市的防守。调在密山地区的第135师团，至牡丹江市东北就近的桦林地区；调在八面通的第126师团至牡丹江以东铁路线上的四道岭地区，与135师团组织正面防守。当126师团一部于11日晚、135师团一部于13日晚到达指定地区，正在挖单人掩体和交通壕时，其在穆棱镇前方的第124师团已被歼灭。苏军一部已迂回至磨刀石车站。
为阻止到达磨刀石的苏军继续前进，清水规矩急调其军部之干部教育队一个大队约1千人和后勤干部教育队约600人，并配备了1个15公分口径的榴弹炮中队及135师团增强第124师团的两个步兵大队，由第3野战筑城队队长小林大佐指挥，部署于磨刀石以西之铁路两侧。
由于电话不通和电台联络不畅，直至8月14日的半夜，敌第5军守卫牡丹江市的作战计划才上报至敦化的方面军司令部，但喜多诚一训令第5军，应奋力抗击以阻止苏军，不得已时部队后撤至横道河子和敦化地区。
第5军组织四道岭地区防御，时间非常仓促。先到达该地的126师团，以掖河车站为中心，向东、向南形成半圆形之防御地带。师团司令部位于掖河站以南之兵器厂。277联队位于掖河车站以南；278联队位于掖河车站之东南（亦在铁路以南）；279联队在四道岭铁路正面两侧，并派出一部扼守铁路北侧之高地。
原在密山的第135师团，到达牡丹江东北的桦林与四道岭之间新阵地的时间较晚，因接到紧急转移命令时，其368联队还在虎林镇，而该联队尚有分散在松阿察河沿岸和乌苏里江边的独木河及在饶河县城的部队，此时部分铁路已经被苏军控制，368联队将收拢的部队沿着铁路以北向西，步行至裴德才与369联队、至鸡西才与370联队会合，乘火车至牡丹江以东地区，然后进入新阵地。
敌135师团撤离密山地区后，在鸡西、密山、虎林、饶河一带，已无日军的主力，此时仅有在虎头的第15国境守备队，根据第1方面军“没有另外的命令不准撤退”的规定，依托其筑垒地域继续进行顽抗，但该守备队此时对周围的军事情况一无所知。事实上在苏军于8月9日发动突然的大规模进攻后的第一天，凡处于战场上的日军部队，几乎都陷入混乱，不仅是各联队与其师团，就是军与方面军都很难联系上，这样各部队不知当前总的情况，而其指挥机关亦不知部队的位置及处于何种状态，因而无法了解和通报情况，命令、指示亦无从下达。
敌第5军从四道岭至桦林布防的两个师团，尚未构筑好阵地时，苏军于13日中午由空军配合经强攻，消灭了磨刀石地区小林大佐指挥的教导队等约3500人之后，继续沿铁路两侧西进。
此时苏军的空中侦察部队，通过目视侦察及空中摄影，已知日军在牡丹江市以东的设防情况。因此，8月14日苏军一路沿铁道两侧攻向四道岭，另一路迂回至牡丹江东北敌135师团的369、370联队之正面（该师团用前三角形部署了3个联队，师团司令部与368联队在后）并很快又发起空地联合攻击，经两天激战，至8月15日，敌这两个师团已大部伤亡在固守的阵地上。苏军除了对这两个师团进行直接围攻外，另在铁路南、北以远地区，各以一路对敌第5军及牡丹江市进行战役性的大迂回。北路从八面通西进经新兴、自兴、柳树河子，而达牡丹江市以北铁路线上的朱家沟；南路从穆棱镇经三岔屯、大石头河、天岭以西，到达了牡丹江市以南铁路线上之宁安。此时清水规矩的第5军，意识到情况已相当严重。
清水规矩及参谋长河越重定，都是久经战场的人，而且均在我国关内作过战。这次苏军从8月9日开始大规模进攻之后，清水、河越都感到这与他们以往所遇到之对手的最大不同点是：战术上的多路机动迂回；战斗动作上的步、炮、坦克、航空兵的密切协同；战斗作风上的快速勇猛；作战中坦克、炮兵竟成了地面部队的主体；在战场上空军机群则对有限范围内的目标进行集中轰炸，以达彻底摧毁。
从开战以来，敌第5军之124师团，在已设防的情况下，从11日至13日即基本被歼灭；现苏军又以多路向两翼迂回，在牡丹江以东布防的两个师团，作战仅一天，却又发生了很大的伤亡。至8月14日，敌第5军之伤亡竟高达两万余人。
清水、河越对当面的严重情况进行分析，认为：当前苏军之目的是以重兵夺取牡丹江这一军事要地，围歼在该地的日军，然后西进至满洲中心地带——哈尔滨。由于形势不利、力量悬殊、伤亡太大，8月15日中午清水规矩决定，将126、135师团及第124师团残存的部队撤出牡丹江地区，沿铁路西退至80公里外的横道河子扼守。随之，苏军第5集团军的部队于8月16日进入了牡丹江市，而西撤之敌第5军在17日的晚也退至横道河子一带。
在延吉方向，敌担任防守的村上启作之第3军，于8月9日夜得到了前方的报告，知苏军已向珲春、春化、东宁发起进攻。之后，该军各部队即按预定计划进行防守，但未能逃脱被歼之命运。
第127师团位于龙并以东之八道河子，其第280联队部署在珲春以南的五家子一带，作第一线警戒与防守；第281联队部署于开山屯以北之石建坪地区；第282联队则被部署在图们江边的开山屯一线。其在五家子地区的280联队，距师团的主阵地约有45公里，所以苏军进攻后，这个联队即后撤。第127师团因处于战场南部的偏僻地区，未遇到大的战斗，伤亡亦小，在整个作战中仅伤亡、失踪约530人。
位于图们的第79师团，其291联队部署于朝鲜北部边境上之训戎里（珲春正西，系三岔铁路口，通向珲春之铁路现已拆除）地区，进行警戒与防守；289联队部署于图们市当面附近之沿江地带；290联队部署子图们西南沿江之杰满村一线。开战后，第一线之291联队第1大队在训戎里以南的山地与苏军作战时伤亡了约140人，即后撤。
第112师团位于汪清，其247联队部署于珲春县的凉水镇、密山屯、甩湾子一带；248联队则部署在汪清南铁路以东之寺洞、北凤梧洞、南阳一带；246联队则部署在汪清东南之十里坪的铁路线上。其任务是以阵地防御，抗击苏军由珲春进至汪清，掩护图们防守部队之左翼与保护图们向北之铁路交通。苏军进攻后，在密山屯、凉水镇的江边隘口地区发生了激战，不但防守在该地的247联队被消灭和不少人被俘，而应急前往增援的部队在中途即遭歼灭。虽然这一带是山地林区，但亦无法阻止苏军空中、地面部队涌浪般的进攻。此刻处于绝望中的师团长中村次喜藏中将、参谋长安木龟二大佐，均在战场上自杀。
第1机动旅团归112师团指挥，其装备是以轻武器和各种破坏性武器为主。原任务为单独隐秘深入至苏联境内破坏铁路、桥梁、重要设施，并放火、突然袭击与制造恐怖和混乱。共有3个机动联队，机动第1联队部署于春化。机动第2联队部署于老爷岭。机动第3联队部署于汪清。8月9日作战开始后，在春化的第1联队与苏军接火后，退至汪清地区进行防守。
第128师团位于罗子沟，其284联队位于老黑山既设阵地，进行警戒和防守，其285联队位于罗子沟；283联队位于罗子沟以北大碱场（共和）地区。8月9日在第一线的284联队突遭苏军攻击向罗子沟撤退中遭到追击。在罗子沟两天的战斗中（即13日、14日）第284、285联队及野炮兵第125联队伤亡较大，尤以第284联队伤亡最重，达总人数的三分之一以上，火炮、重机枪全部丢失。经其师团长水原义重请示第3军司令官村上启作之后，该师团后撤至天桥岭车站以东的桦皮甸子。
独立混成第132旅团又称东宁支队，归128师团指挥。但该旅团有两个独立步兵大队，固定于东宁第1国境守备队之阵地上，即独立步兵第783大队位于国境守备队的三岔子以南、大乌蛇河边的兴隆屯第1守备区；独立步兵第786大队位于国境守备队三岔子以北、郭亮船口之第4守备区。8月9日苏军向东宁的敌第1国境守备队发起进攻，当晚该旅团奉命除留一部固守东宁筑垒地域外，其余主力后撤至大碱场。8月13日到达大碱场时，奉命一并指挥在大碱场的283联队。
由第1方面军直辖的第134师团位于佳木斯，其主力部署在佳木斯至方正一线。在前方的富锦县城驻有367联队之第2大队；366联队之第2大队则驻于鹤岗煤矿区。8月10日苏军由松花江口上溯的内河舰队与陆上部队进攻富锦，367联队的第2大队坚守了1天多之后大部被歼，一部逃脱；在鹤岗的第366联队之第2大队经战斗后，撤至佳木斯。苏军大部队对这些日军的小据点，都采取绕道前进，仅派出一部予以围歼。第一方面军给予134师团之任务是制止当面苏军之进攻，利用地形作持久抵抗。苏军的进攻是以一路从同江、二龙山、向阳屯、富锦、花马、集贤攻向佳木斯；一路以内河舰队沿松花江上溯至佳木斯、依兰、通河、哈尔滨；一路从名山、萝北、凤翔、宝泉岭、鹤岗向佳木斯进攻。
根据以上情况，井关仞未敢在佳木斯附近组织有力的抵抗，而将部队沿江后撤至方正县以东的大罗勒密一线组织抗击。第365联队位于大罗勒密。第367联队位于大罗勒密以南。第366联队位于大罗勒密松花江北岸及祥顺一带，以控制江面与北岸之陆上交通。
（四）敌第4军在黑河、孙吴、海拉尔地区之防守
上村干男的第4军原作战部署是：第123师团位于孙吴。独立混成第135旅团位于瑷珲的西岗子山口地区；独立混成第13右旅团守备嫩江；第119师团守备博克图；独立混成第80旅团守备海拉尔；第149师团守备齐齐哈尔；独立混成第131旅团守备哈尔滨。
第123师团与独立混成第135旅团，分别在孙吴、西岗子地区设防，阻止苏军由瑷珲经西岗子、陡沟子、大岭、嫩江、讷河而至齐齐哈尔，和由孙吴经辰清、龙镇、北安而攻向哈尔滨。第123师团在其主阵地上除所属炮兵外，还得到了4门24公分口径榴弹炮的配属；独立混成第135旅团则得到10点5公分口径的榴弹炮6门和同口径加农炮4门的加强。
8月11日凌晨，苏军红旗第2集团军，一路在黑河、瑷珲附近的黑龙江西岸，攻向西岗子；一路向奇克、霍尔莫津（现名沿江镇）进攻，消灭在这里的日军两个大队，接着攻向孙吴第123师团的主阵地。14日主阵地被苏军突破，向纵深发展。
独立混成第135旅团，则以其独立步兵第268、第269、第270大队及挺进大队在西岗子进行坚守，还派出一个大队扼守黑河至嫩江的铁路（此路至嫩江段已被拆毁）。
防守在海拉尔的独立混成第80旅团，辖有独立步兵第583、第584、第585、第586、第587大队和1个挺进队，主要是依托海拉尔北山的地下防御工程及西山森林中之坚固工事进行防守，但苏军第36集团军在该地留下部分军队继续进攻外，主力则沿铁路东进，攻向齐齐哈尔。当到达乌奴尔地区时，与防守在该地的敌独立步兵第585大队进行了战斗。
（五）敌第3方面军在白城子、郑家屯、锦州、沈阳地区之防守
当苏军从西线发起进攻后，后宫淳即决定将西线的部队后撤至中长路沿线，准备在该地与苏军决战。接到命令后行动较快的师团和第44军，都按计划撤至预定地区，在锦州的第108师团主力也到达了辽阳。但位于白城子以西五岔沟的第107师团，因行动迟缓而被从农乃庙过来的苏军摩托化部队将其退路切断。为防止苏军的进攻，只得在这条铁路以北较远的草原上，徒步行军东撤，与上级失去无线电联系。此时苏军后贝加尔方面军的空中侦察部队，一直掌握着敌107师团慢速度撤退情况。当该敌接近扎赉特旗地区时，后贝加尔方面军电令第36集团军，以装甲部队从富拉尔基以西的景星，攻向以南的扎赉特旗，经数度攻击后，该师团最后已溃不成军。
