Командование группы армий «Центр» заранее подготовило город к обороне и стянуло к нему отступающие части 3-й танковой армии генерала Рейнгардта. Гарнизон города насчитывал 12–15 тысяч солдат и офицеров. Кроме того, в ходе боевых действий эта группировка была усилена за счет вновь прибывших соединений.

Чтобы упредить противника, Черняховский с рассветом 4 июля повернул 5-ю гвардейскую танковую армию на столицу Литвы. 5 июля войска 3-го Белорусского фронта овладели важным транспортным узлом Молодечно. 7 июля танкисты Ротмистрова вышли к Вильнюсу и сковали немецкую группировку с фронта. 8 июля с северо-востока начала наступление на город 5-я армия Крылова, усиленная 3-м гвардейским механизированным корпусом генерал-лейтенанта В.Т. Обухова. Они обошли Вильнюс с севера, пробились к реке Вилия и перерезали железную дорогу на Каунас. 11-я гвардейская армия обошла город с юга и соединилась с дивизиями Крылова. 9 июля город был полностью блокирован советскими частями. Армии Черняховского немедленно рванули на Каунас и Сувалки. Тем временем 31-я армия генерала Глаголева взяла Лиду.

Одновременно развернулись бои по уничтожению окруженных немецких войск. Противник, стремясь деблокировать окруженную группировку, сосредоточил до 150 танков и штурмовых орудий, полк мотопехоты и предпринял несколько контратак из районов Майшёгала и западнее Вевиса. Пытался вырваться из окружения и гарнизон Вильнюса, усиленный парашютным десантом в 600 человек, высаженным 10 июля в 6 км западнее города.

Однако все эти попытки оказались безуспешными. Две «пятые» армии — Крылова и Ротмистрова — пресекли все попытки противника спасти вильнюсский гарнизон под командованием генерала Штагеля от капитуляции.

Большую роль в операции сыграла 1-я воздушная армия. Особенно активными были действия авиации с 7 по 13 июля. Непосредственно перед штурмом города 163 самолета Пе-2 и 51 Ил-2 нанесли бомбоштурмовой удар по основным узлам сопротивления противника, чем способствовали овладению Вильнюсом. В последующие дни основные усилия 1-й воздушной армии были сосредоточены на поддержке войск при форсировании реки Неман. В ходе напряженных шестидневных боев советские войска уничтожили окруженную группировку и 13 июля овладели Вильнюсом.

В период боев за Вильнюс войска Галицкого и Глаголева, продолжая наступать на запад, вышли к реке Неман и захватили несколько плацдармов на его левом берегу. Общий фронт форсирования в районе Алитуса и к югу от него составил 70 км, глубина захваченных плацдармов доходила до 7–10 км. Стремясь не допустить расширения плацдармов, немецкое командование подтянуло в этот район крупные резервы. Кавалерийский корпус генерала Осликовского завязал бои за Гродно. Здесь советские войска также столкнулись с резервами противника. Сломить их сопротивление с ходу не удалось, и Гродно был освобожден лишь 16 июля.

К 20 июля войска 3:го Белорусского фронта продвинулись на глубину до 210 км со средним темпом 13–16 км в сутки. В результате Вильнюсской операции были созданы благоприятные условия для выхода войск фронта к границам Восточной Пруссии. До конца июля армии Черняховского вели бои по упрочению плацдармов на западном берегу Немана.

Войска 2-го Белорусского фронта, преследуя разгромленного под Минском противника, должны были без какой-либо оперативной паузы нанести удар в направлении Новогрудок, Волковыск, Белосток, не позднее 12–15 июля овладеть районом Новогрудок и выйти на реки Неман, Молочадь; в дальнейшем овладеть Волковыском и наступать на Белосток. Ставка передала фронту 3-ю армию Горбатова, а 33-я армия перешла в подчинение Черняховского.

На первом этапе Белостокской операции за десять дней армии генерала Захарова, уничтожая арьергарды разбитых под Минском соединений противника и громя его подходящие резервы, продвинулись с боями на 230 км и, форсировав реки Березина, Свислочь, Щару и Неман, вышли на рубеж Гродно, западнее Волковыска.

Советское командование стремилось вывести свои войска на рубеж Белосток, Брест до того, как противник сумеет закрыть брешь в обороне. Войска маршала Рокоссовского, разделенные припятскими болотами, с выходом к Бресту улучшали свое оперативное положение, а протяженность линии фронта сокращалась при этом вдвое. Однако, чтобы достичь Белостока и Бреста, нужно было овладеть Барановичами — крупным узлом коммуникаций, который немцы старались удержать во что бы то ни стало.

В направлении Барановичи развивали наступление войска правого крыла 1-го Белорусского фронта. Широко используя подвижность танков и моторизованной пехоты, боевые возможности авиации, советские войска наносили удары в обход узлов обороны противника, перехватывая его пути отступления. В результате согласованных действий 8 июля они освободили Барановичи, 10 июля — Слоним и Лунинец, 14 июля — Пинск и к 16 июля вышли на рубеж Свислочь, Пружаны.

К середине июля основные силы группы армий «Центр» были разгромлены. Почти полностью уничтожены 25 дивизий. Особенно большие потери понесли 4-я полевая и 3-я танковые армии. От первой уцелела одна дивизия, от второй — три.

17 июля 1944 года Сталин показал немцам Москву, а всему миру наглядно продемонстрировал успехи Красной Армии. Спецмероприятие получило название «Большой вальс».

По центральным улицам столицы под конвоем прошли 57 600 пленных, захваченных в основном в Белоруссии. Впереди гигантской колонны двигались генералы и офицеры. Позади следовали поливальные машины, символически дезинфицируя город от следов «завоевателей жизненного пространства».

В полосе 1-го Прибалтийского фронта соединения 43-й армии 18 июля достигли реки Швянтойи и с ходу форсировали ее. В обороне противника на шяуляйском направлении образовалась значительная брешь. Это уязвимое место было использовано 2-й гвардейской и 51-й армиями, введенными в сражение 20 июля. Их наступление с юга обеспечивала 39-я армия, снова переданная в состав 3-го Белорусского фронта и наступавшая на Каунас. Вступление в дело сразу восемнадцати свежих дивизий не могло не дать результата, организованное сопротивление противника было сломлено в первые же часы. Обе армии перешли в преследование.

22 июля соединения 51-й армии генерал-лейтенанта Я.Г. Крейзера овладели Паневежисом — крупным узлом коммуникаций. Войска 2-й гвардейской армии под командованием генерал-лейтенанта П.Г. Чанчибадзе освободили город Рагува. Части Белобородова перерезали железную дорогу Паневежис—Даугавпилс. Лишь в 6-й гвардейской армии наступление застопорилось. Но сутки спустя, в связи с продвижением 2-го Прибалтийского фронта, обошедшего Даугавпилс с севера, немцы начали отступление в сторону Риги. К вечеру 24 июля соединения 4-й ударной армии ворвались на западную окраину Даугавпилса.

Гитлер снова решил сменить командование группы армий «Север». Вместо Фриснера был назначен генерал Шернер: «Он славился поразительной храбростью, твердостью и решимостью, большим тактическим искусством и верой в железную дисциплину. Он был абсолютно бесстрашен».

Чтобы сломить возрастающее сопротивление противника на шяуляйском направлении, Баграмян 26 июля ввел в сражение с рубежа западнее Паневежиса 3-й гвардейский механизированный корпус. Продвинувшись за день более чем на 70 км, его части вышли на окраины Шяуляя. 27 июля дивизии Крейзера и бригады Обухова, обойдя Шяуляй с северо-запада и юго-запада, овладели городом. Одновременно пал другой важный узел сопротивления — Даугавпилс.