Войска Ленинградского фронта должны были во взаимодействии с Балтийским флотом очистить от немцев острова Моонзундского архипелага. 3-й Белорусский фронт 3 октября получил приказ подготовить и провести наступательную операцию на гумбинненском направлении, во взаимодействии с 1-м Прибалтийским фронтом разгромить противника и овладеть районом Кёнигсберга.

В конце октября войска Баграмяна прекратили наступление на рижском направлении и приступили к подготовке Мемельской операции. Провести ее предстояло в полосе 145 км на глубину до 130 км. Прорыв обороны намечался на двух участках, общая протяженность которых составляла 31 км. В состав фронта входили 2-я и 6-я гвардейская, 4-я ударная, 43-я и 51-я общевойсковые, 5-я гвардейская танковая, 3-я воздушная армии, два танковых и один механизированный корпус — 51 стрелковая дивизия, 6 отдельных танковых бригад.

В период подготовки операции 1-й Прибалтийский фронт за шесть суток скрытно осуществил перегруппировку четырех общевойсковых и одной танковой армий, двух танковых и одного механизированного корпусов — около полумиллиона человек, свыше 9000 орудий и минометов и огромная масса боевой техники — на расстояние от 80 до 240 км. В результате было создано превосходство над противником в людях в 2,5, в артиллерии почти в 11, в танках и САУ более чем в 3 раза. На каждый километр прорыва выделялось до 200 артиллерийских стволов.

3-я ударная, которую ввиду болезни Юшкевича возглавил генерал-лейтенант Н.П. Симоняк, и 22-я армии 2-го Прибалтийского фронта заняли освободившийся участок южнее Даугавы.

Войска Баграмяна наносили главный удар силами 6-й гвардейской, 43-й, 51-й общевойсковых и 5-й гвардейской танковой армий на мемельском направлении и второй удар 2-й гвардейской армией с 1-м танковым корпусом — на тильзитском направлении. Наступление обеспечивалось с севера активными действиями в сторону Лиепаи 4-й ударной армии и с юга — ударом 39-й армии из района Расейняй в направлении Таураге.

Перед фронтом оборонялись пять пехотных дивизий 3-й танковой армии, вытянутые в нитку на первом оборонительном рубеже. Так, на участке прорыва 43-й армии, где генерал Белобородов сосредоточил 9 стрелковых дивизий, немцы имели одну лишь 551-ю народно-гренадерскую — детище тотальной мобилизации. Правда, то же самое можно сказать и о советских соединениях, где выбитые бойцы заменялись малообученными призывниками: «Пополнение мы получили из недавно освобожденных районов Прибалтики, а также западных областей Украины и Белоруссии. Подавляющее большинство новобранцев в боях не участвовало, молодежь, естественно, не служила в армии, а люди старших возрастов проходили военную подготовку давно, еще в буржуазных армиях. Надо было в короткий срок ввести новое пополнение в боевой строй…» Главную опасность для наступающих представляли танковые соединения, находившиеся юго-западнее Риги.

Наступление началось 5 октября разведкой боем в полосах 6-й гвардейской, 43-й и 2-й гвардейской армий. Во второй половине дня, после короткой, но мощной артиллерийской и авиационной подготовки, перешли в наступление и главные силы. Внезапность была достигнута полная. Уже в первый день армии Чистякова и Белобородова прорвали оборону противника на главном направлении и продвинулись в глубину до 17 км, а генерала Чанчибадзе — до 7 км.

Для развития успеха с утра второго дня операции командующий фронтом ввел в прорыв танковую армию генерала Вольского, которая начала стремительно продвигаться на запад, на Палангу и Клайпеду. Одновременно были введены в прорыв и подвижные группы 6-й и 2-й гвардейских армий — 19-й и 1-й танковые корпуса. 6 октября в сражение вступили войска 51-й, 4-й ударной и 39-й армий. Войска 3-го и 2-го Прибалтийских фронтов развернули наступление на рижском направлении.

За два дня советские войска прорвали оборону противника на всю тактическую глубину и поставили группу армий «Север» в критическое положение. Темпы наступления непрерывно нарастали. На шестой день операции войска Баграмяна на 35-километровом участке вышли к Балтийскому морю и завязали бои за Клайпеду. Особенно успешно действовали танкисты Вольского.

Группа армий «Север» второй раз была отрезана от Германии. Однако в последующем бои приняли затяжной характер. В районе Клайпеды противник оказал упорное сопротивление войскам 5-й гвардейской танковой и 43-й армий. Германское командование бросило здесь в бой силы отходивших частей 7-й танковой дивизии, моторизованной дивизии «Великая Германия», а также 58-й пехотной, переброшенной из-под Риги морем и занявшей заранее подготовленные оборонительные рубежи.

Напряженный характер носили бои и в полосах 6-й гвардейской и 51-й армий, которые были развернуты фронтом на север с задачей продвинуться к Лиепае. На правом фланге армия Малышева отражала яростные контратаки. В полосе 2-й гвардейской армии, а также 39-й и 5-й армий, наступавших севернее и южнее Немана, сопротивление противника тоже возросло. Немцы попытались восстановить сухопутную связь с Шернером, нанеся удар из Восточной Пруссии, однако были отброшены за Неман, к Тильзиту.

Интересно, что, практически полностью выполнив задачи Мемельской операции, фронт Баграмяна не смог взять сам Мемель (Клайпеду). Город был хорошо укреплен, опоясывался четырьмя оборонительными рубежами с системой фортов. Их можно было взять с ходу, нацелив сюда ударную группировку, но на первом этапе советские войска рвались, а затем момент оказался упущенным. «На мой взгляд, — пишет генерал Белобородов, — главная причина заключалась в том, что, подходя к Мемелю, мы не собрали свои силы в кулак. Высокий темп наступления, походившего в иные дни на погоню, слишком захватил нас, армия рассредоточила свои силы на широком фронте. Каждое соединение стремилось первым выйти к морю… И получилось, что первоначальный удар по Мемельскому укрепленному району мы нанесли лишь одной третью тех сил, которыми располагали…армия вовремя не уловила момент, не сумела, когда было возможно, нацелить все в одну точку. Растянулись на широком фронте, была расплющенность удара, не было укола… Если бы Мемель взяли, операция была бы классической».

Немецкий гарнизон в Клайпеде под руководством штаба 40-го танкового корпуса держался еще три месяца.

Мощный удар на мемельском направлении оказал решающее влияние на всю обстановку в Прибалтике. Под воздействием этого удара командование группы армий «Север», не ожидая решения высшего командования, с утра 6 октября начало отводить свои силы из района Риги на Курляндский полуостров. Узнав о падении Паланги, Гитлер дал на это свое официальное «благословение».

3-й и 2-й Прибалтийские фронты перешли к преследованию, но по мере их приближения к Риге сопротивление противника нарастало. 8 августа Ставка с запозданием приказала генералу Еременко перебросить за Даугаву 42-ю и 10-ю гвардейскую армии — остальные силы 2-го Прибалтийского фронта. Войска Баграмяна, «проложивши лыжню» к Риге, теперь полностью переключались на другие задачи.

Ю октября войска двух фронтов вплотную подошли к рижскому оборонительному обводу и двое суток прогрызали его первую полосу. Ранним утром 13 октября 67-я, 61-я и 1-я ударная армии 3-го Прибалтийского фронта начали штурм восточной окраины латвийской столицы. В течение дня войска генерала Масленникова очистили от противника правобережье и вышли к Даугаве. Мосты через реку оказались взорванными. В этот день советскими средствами массовой информации было объявлено об освобождении Риги и произведен соответствующий случаю салют, хотя на южном берегу армии Еременко только приступили к прорыву второй полосы. Немцы здесь сражались упорно, обеспечивая эвакуацию войск и военного имущества. Так называемое Задвинье — западная часть города — была занята 10-й гвардейской армией лишь двое суток спустя. Последние части немецкого гарнизона ушли за реку Лиелупе.