中共中央和延安总部的指示和命令下达后，各抗日根据地的八路军、新四军、华南抗日游击队等人民军队在东北、平津、归绥、太原、平汉、陇海、济南、胶东、津浦、沪宁、运河、广九、东江、琼崖、雷州半岛等各抗日前线向日、伪军发出最后通牒，对拒降的日、伪军则发起猛烈的全面反攻。

　　晋察冀军区对拒降的日军及伪军展开全面反攻：一部攻夺大同、丰镇、集宁、商都等城；一部配合晋绥解放区的部队进攻太原；一部包围北平；一部攻张家口、张北、多伦、沽源；一部攻唐山、秦皇岛、葫芦岛等地；一部攻天津、塘沽；一部攻石家庄、保定。

　　晋绥军区部队一部向平绥路以北进攻；一部沿黄河北上攻击归绥；一部在南线由同蒲路西侧反攻太原，先后攻克太原市外围的日军据点，对太原形成包围之势。

　　晋冀鲁豫军区的太行部队向新乡、博爱、太原等地进攻；太岳部队向平遥、介休地区之间的日、伪军进攻，以策应晋绥军区部队进攻太原，同时切断介休至临汾段的同蒲铁路交通；冀鲁豫部队相机进攻开封、新乡、安阳、邯郸，并配合山东解放区的部队进攻济南。冀南部队首先对运河以东的伪军展开进攻，接着攻击临清城，突入城内，并截歼逃敌大部。

　　山东军区组成山东野战兵团，以五路大军向津浦路山东沿线及胶东半岛沿海各地日、伪军展开全面反攻。鲁中部队向津浦路济南至兖州段沿线进攻；滨海部队分别配合胶东部队和新四军进攻青岛、新浦(今属连云港市)；胶东部队向胶东半岛沿海各城市进攻；渤海部队向津浦路济南至沧州段沿线进攻；鲁南部队向津浦路徐州至兖州段进攻。

　　在华中，新四军苏浙、淮北、淮南、苏北、苏中及鄂豫皖湘赣、河南等各军区所属部队，分别向长江两岸、津浦路南段、陇海路东段及宁沪铁路的各地的日、伪军举行反攻，直逼南京、上海、武汉等大城市，解放了华中地区大片国土。

　　在华南，东江纵队、珠江纵队、琼崖纵队等人民武装力量集中主力，分别向广九路沿线、东江两岸、雷州半岛的日、伪军据点及当面之敌展开猛烈进攻，扩大了解放区，直逼广州、汕头、海口等城市。

　　此外，中共中央、中央军委还从晋察冀、晋绥、晋冀鲁豫、山东、华中、陕甘宁等解放区抽调大批部队和干部，向东北进军。东北抗日联军在中苏边界营地召开反攻誓师大会后，回国配合苏联军队作战，并改名为东北人民自卫军，与挺进东北的八路军等人民武装力量会合，占领战略要地，解放了东北一批城市和乡村。

　　日军在中国解放区军民的全面反攻和苏联军队的沉重打击下，迅速土崩瓦解。1945年8月9日，日本政府最后决定接受波茨坦公告。8月14日，日本政府正式照会中、美、英、苏四国政府，表示接受波茨坦公告。8月15日中午，日本天皇裕仁以广播《终战诏书》的形式，宣布无条件投降。

　　日本宣布投降后，侵华日军并没有立即停止对中国解放区的抵抗作战。中国解放区军民的大反攻仍在坚决、猛烈地继续。

　　八路军、新四军和华南人民抗日武装力量在对日军全面大反攻的作战中，取得了巨大的胜利。从1945年8月11日到9月2日，共解放县以上城市150座，其中包括华北重镇张家口，但由于日、伪军和国民党军队的阻挠，人民军队未能解放被自己包围的一些中心城市和交通要道。

　　1945年9月2日，在东京湾的美国“密苏里”号巡洋舰上，日本外相重光葵和日军参谋总长梅津美治郎分别代表日本天皇、日本政府和日本帝国大本营在投降书上签字。

　　至此，中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利结束。9月3日成为中国人民抗日战争胜利纪念日。