Русскому командованию нетрудно было опрокинуть этот оборонявшийся недостаточными силами, непрочный в своей основе и имевший невыгодное с оперативной точки зрения начертание немецко-румынский фронт. Оно решило осуществить наступление по сходящимся направлениям, использовав для этой цели войска двух фронтов в составе 7 танковых корпусов и 90 стрелковых дивизий, 3-й Украинский фронт Толбухина получил задачу ударом с обоих плацдармов прорвать оборону 6-й армии, а затем во взаимодействии с 2-м Украинским фронтом Малиновского, который должен был наносить удар с севера через Яссы, окружить находившиеся в районе Кишинева немецко-румынские соединения.
20 августа войска обоих фронтов при поддержке крупных сил авиации после сильнейшей, длившейся 2,5 часа артиллерийской подготовки перешли в наступление. В течение трех дней немецким дивизиям удавалось сдерживать натиск противника, затем немногочисленные резервы были израсходованы и фронт у Ясс и на Днестре был прорван. Почти повсеместно, где наступавшие русские войска наталкивались на румынские части, последние немедленно прекращали борьбу. 22 августа были оставлены Яссы. Крупные танковые и механизированные силы 2-го Украинского фронта неудержимо продвигались по обоим берегам Прута на юг. Когда они 25 августа вышли на рубеж Васлуй, Хуши, а наступавшие с востока войска 3-го Украинского фронта продвинулись через Тирасполь до Леово на реке Прут, немецкие дивизии, которые не смогли достаточно быстро выйти из района Тирасполь, Кишинев и района Ясс, оказались окруженными.
Тем временем правительство Антонеску 24 августа было свергнуто в результате государственного переворота, последовавшего после того, как король Михай в произнесенной накануне по радио речи открыл румынскому народу, что Румыния приняла выдвинутые ее бывшими врагами условия перемирия. В заключение своей речи король призвал румынский народ «бороться с врагами нации», пообещав в то же время немецким войскам, что против них ничего не будет предпринято, пока они будут находиться на румынской земле. Лишь совершенный по приказу Гитлера воздушный налет на Бухарест дал румынам основание повернуть оружие против немцев. Фронт смешался, все превратилось в хаос. Повсюду, где оборону держали румынские войска, фронт открывался, и русские могли свободно продвигаться даже на не атаковавшихся ими до тех пор участках фронта. Как огромные морские волны катились войска противника и захлестывали со всех сторон немецкие силы. Всякое централизованное руководство боевыми действиями прекратилось, тылы были отрезаны. Спешное создание промежуточных рубежей и прочие аналогичные меры, обеспечивавшие до сих пор даже при самых катастрофических осложнениях предпосылки для продолжения борьбы, оказались на сей раз возможными лишь в отдельных пунктах. Расчлененные на отдельные боевые группы немецкие войска вынуждены были пробиваться на запад, ведя ожесточенную борьбу за каждый участок реки между вбитыми клиньями противника. Части 8-й армии отошли к Карпатам; гораздо меньшим силам 6-й армии удалось пробиться через Серет между Браилой и Фокшанами. Вокруг нескольких немецких дивизий кольцо русских войск сузилось настолько, что им пришлось капитул ировать.
Государственный переворот в румынской столице был уже давно подготовлен с ведома короля. Еще в марте доверенные люди короля Михая установили через Каир связь с западными державами. С Советским Союзом внутрирумынская оппозиция поддерживала контакт при посредничестве жившего в эмиграции бывшего чехословацкого президента Бенеша. 2 апреля Молотов в речи по радио заверил румын, что Советский Союз, кроме возвращения Бессарабии, не имеет никаких территориальных претензий к Румынии и не намерен ничего изменять в ее социальной структуре. Все эти дипломатические события немцами не были поняты или достаточно правильно оценены. Немецкий посол и военная миссия были застигнуты переворотом врасплох и задержаны в Бухаресте. Предпринятая тотчас же после переворота попытка овладеть стратегически важными пунктами страны и особенно наступление, поддержанное ударом с воздуха по аэродрому Бэняса под Бухарестом, потерпели неудачу в результате сопротивления румын. Удалось отстоять лишь Плоештинский нефтяной район, использовав для отражения румынских атак имевшуюся там зенитную артиллерию и части аэродромного обслуживания.
24 августа немецкое радио объявило, что в Румынии организовано движение против короля и что группа, возглавившая это движение, обратилась к народу и армии с призывом продолжать борьбу против большевизма. Конечно, эта идея в действительности и не мыслилась всерьез, учитывая разочарование и усталость от войны румынского народа; она лишь преследовала цель ослабить впечатление, произведенное на немецкий народ потерей еще одного союзника. Фактически Румыния, следуя примеру Италии, с развевающимися знаменами перешла в противоположный воюющий лагерь. Новое правительство немедленно объявило Германии войну, даже не попытавшись привлечь народ на свою сторону перспективой быстрого окончания военных действий на территории страны и надеждами на возврат областей, отошедших в 1940 г. к Венгрии. Уже на следующий день Болгария также порвала с Германией. Активно она в войне никогда не участвовала, однако предоставляла свою территорию в распоряжение немецких войск, участвовала в дележе греческой и югославской территорий и содействовала борьбе с югославскими партизанами во вновь приобретенных областях. Теперь она вывела находившиеся в этих районах войска и попросила правительства Соединенных Штатов и Великобритании обнародовать условия перемирия. По адресу Москвы, с которой она никогда не находилась в состоянии войны, она по-прежнему заявляла о своем неуклонном нейтралитете. Однако это был с ее стороны довольно наивный шаг – попытаться примкнуть к западным державам и надеяться, что Советский Союз остановится у границы нейтральной Болгарии. Русские обладали неограниченной реальной властью в Юго-Восточной Европе и намеревались использовать ее в полной мере.
Тем временем русские продолжали свое победоносное наступление. Завершив в Молдавии ликвидацию окруженных немецких войск, они через Роман и Бакэу устремились к Карпатам, повернув, однако, главными силами затем на юг и юго-запад. Севернее Дуная войска 2-го Украинского фронта Малиновского продвигались через район Фокшаны, Галац в направлении Бухареста и Плоешти. 30 августа Плоештинский нефтяной район, упорно оборонявшийся от русских и румын наземными частями ВВС и оттянувшимися сюда разрозненными частями сухопутных войск, был потерян для Германии. С экономической точки зрения это был для нее самый тяжелый удар: теперь немцы могли рассчитывать, если не считать незначительных немецких и венгерских природных запасов нефти, только на собственное производство горючего синтетическим путем. Последнее же сильно осложнялось непрерывными налетами авиации западных держав и даже при максимальном напряжении не в состоянии было хотя бы приблизительно покрыть ощущавшуюся потребность в горючем. В тот же день русские войска вступили в Бухарест со стороны Плоешти и с востока. Армии Толбухина при содействии Черноморского флота очистили дельту Дуная, вторглись в Добруджу и 30 августа захватили Констанцу.
Занятие Румынии и Болгарии не представляло большой трудности. В то время как вступившие в Добруджу русские армии, продвигаясь на юг, взяли Варну и оттуда по железной дороге направили две дивизии на Софию, 2-й Украинский фронт частью сил 8 сентября перешел у Джурджу через Дунай. 5 сентября русские формально объявили Болгарии войну, чтобы иметь предлог для вступления на ее территорию. Хотя болгарское правительство 7 сентября сообщило, что в стране нет больше немецких войск и что не успевшие уйти остатки их интернированы, а 8 сентября даже объявило Германии войну, это ему не помогло.
Наступавшие в центре армии Малиновского пересекли Валахию, вышли 6 сентября передовыми частями к Дунаю у Турну-Северина и протянули руку помощи партизанам Тито. Другая часть сил фронта с юга вторглась в Трансильванию, где сразу же натолкнулась на неожиданно сильное немецкое сопротивление на вновь созданном оборонительном рубеже группы армий «Юг».
