1945年2月4日至11日，一个具有划时代意义的会议在雅尔塔召开，出席会议的有苏、美、英三国首脑斯大林、罗斯福和丘吉尔。会议一项重要内容就是讨论苏联出兵中国东北问题。早在1943年德黑兰会议上，斯大林就对罗斯福和丘吉尔说过：“一旦德国最后垮台，那时就有可能把必要的支援部队调到西伯利亚，然后我们就能联合起来打击日本。”这是斯大林第一次明确表示在对德国战争结束后苏联将参加对日作战。当时，三方还就苏联出兵东北的政治条件进行了试探性的会谈。 当年在修建西伯利亚铁路时，一位英国人曾这样说：“在亚洲获得一个不冻港作为铁路的终点站，可能是俄国合理的愿望……拥有一个不冻港就意味着，这条铁路直达那个港口穿过的那整个地区都将成为俄国的了。”
德黑兰会议期间，丘吉尔也说了同样的话：“像俄国这样一个巨大的陆地应当有一个不冻港。”毫无疑问，这句话正中斯大林的下怀，所以他问丘吉尔：“在远东能够为俄国做些什么？”丘吉尔回答说，他对苏联关于远东不冻港的看法感兴趣。罗斯福则明确告诉斯大林，自由港的主张可以适用于远东地区，他还举例说，大连就有这种可能性。斯大林对此表示赞成，喜悦之情溢于言表：“那将是不坏的。”
在雅尔塔，2月8日，斯大林同罗斯福秘密讨论了苏联出兵中国东北的问题。斯大林提出了苏联出兵的条件，他说：“如果这些条件不能得到满足，我们将难以向苏联人民解释，为什么我国要参加对日作战。” 2月10日，苏联外长莫洛托夫将斯大林关于苏联出兵的条件协定草案递交美国驻苏大使哈里曼。当天，斯大林同罗斯福再次会晤，对草案作了修改，成为正式文本。但是，斯大林向罗斯福表示，大连不能成为国际港口，苏联需要得到旅顺港周围的海军基地。
英国没有参与协定草案的制定，美、苏两国也没有同英国商量。但是，2月11日，斯大林和罗斯福却邀请丘吉尔在协定书上签字。直到这时，丘吉尔才看到了协定的文本。于是，这个协定就成了《苏、美、英三国关于日本的协定（雅尔塔协定）》。 《雅尔塔协定》主要内容如下：苏、美、英三大国领袖同意，在德国投降及欧洲战争结束后的两个月或三个月内苏联将参加同盟国方面对日作战，其条件为：
1、蒙古（蒙古人民共和国）的现状须予维持。
2、日本1904年背信弃义进攻所破坏的俄国以前的权益须予恢复，即： a）萨哈林岛南部及邻近一些岛屿须交还苏联； b）大连商港须国际化，苏联在该港的优越权益须予保证，苏联之租用旅顺港为海军基地也须予恢复； C）对沟通大连与外界联系的中东铁路和南满铁路，应设立一中苏合办的公司以共同经营之，经谅解，苏联的优越权益须予保证，而中国须保持在满洲的全部主权。
3、千岛群岛须交予苏联。 英国外长艾登批评罗斯福，说他热衷于同斯大林搞“秘密谈判”，达成有关远东问题的协定，“既不通知他的英国同事，也不通知他的中国盟友”。也许正是这样的原因，苏美双方约定，对协定要严格保密。以致罗斯福在一段时间里甚至对美国驻华大使赫尔利也否认这个协定的存在。
1945年8月14日，对斯大林来说，又是一个值得高兴的日子。这天，中国国民政府同苏联政府签订了《中苏友好同盟条约》。此刻，用“十分得意”来形容斯大林一点也不过分。他兴致勃勃地走到地球仪旁，用手指推动地球仪，向莫洛托夫描绘了苏联的边界线，他的眼光随同他的手指在苏联东部版图停住了：“这边怎么样呢？千岛群岛如今是我们的了，库页岛全是我们的了，您看，多棒呀！就连旅顺口、大连都是我们的了。”说到这，斯大林吸了一口烟，缕缕烟雾渐渐地飘散开来。斯大林意犹未尽，又用烟斗沿着中国东北划了一条线，激动地说：“就连中长铁路也是我们的了。
中国、蒙古——一切正常……您瞧，对我们的边界我还能不满意！” 西伯利亚铁路的修建，本来是沙皇出于侵略中国的需要。几十年后，这条横贯西伯利亚的铁路成了苏联向中国东北运兵的大动脉。七十多万苏联红军的调动，全靠这一条西伯利亚单轨铁路。苏联把如此多的兵力、武器及其它作战物资从9，000至12，000公里外的欧洲战场迅速调到远东，而且没有让日军觉察，这确实是一个让世人惊叹的奇迹。 日本关东军毕竟是日军的一支劲旅，所以在对日作战的指挥官人选上，斯大林非常慎重。他几乎把苏军优秀的高级将领都派往远东，其中包括华西列夫斯基、麦列茨科夫和马利诺夫斯基三位元帅。
为了保密起见，三位元帅到远东时都用了化名。 日本对《波茨坦公告》说“不” 波茨坦位于德国首都柏林西南30公里处，1945年7月17日至8月2日，斯大林、杜鲁门和丘吉尔在这里举行了代号为“终点”的秘密会议。这也是第二次世界大战期间，三国首脑的最后一次会晤。美国助理国务卿格鲁早在5月5日就将敦促日本投降的公告初稿起草完毕。
7月24日，杜鲁门同丘吉尔就草案的内容进行磋商，双方同意邀请中国参加。随后，杜鲁门将公告的文本发给蒋介石，征求他的意见并在公告上签字。 7月26日晚9时20分，美、中、英三国向日本发出由杜鲁门、蒋介石和丘吉尔签署的《促令日本投降之波茨坦公告》。 苏联当时没有在《波茨坦公告》上签字，事先美国也没有征求苏联的意见，只是在公告发布的当天，美国国务卿贝尔纳斯才派人急匆匆地将一份副本送给莫洛托夫。苏联要求把公告发布的时间再推迟3天，但美国没有同意。实际上，苏联接到副本时，公告已经发布了。不过，在波茨坦会议召开之前，美国在起草公告时曾将苏联列入了签字国。但在公告发布前夕，杜鲁门总统将这一条删除了。
7月27日，东京时间早晨6时，日本广播电台收听了《波茨坦公告》的全文。公告的发表，引起日本统治集体内部的混乱。当天，日本首相铃木主持召开最高战争指导会议，用一整天时间讨论日本政府对《波茨坦公告》的立场问题。军方坚持认为，为了不影响日本军队决战的士气，主张不要公布《波茨坦公告》，如果真要公布，也应附上一项声明，表示坚决反对。争论的结果，铃木屈服了军方的压力。双方达成协议，决定向外界公布一份经过删改的公告文本，日本政府对此不作评论。 日本拒绝《波茨坦公告》的结果，一是招致美国向日本投放原子弹；二是招致苏联出兵中国东北。
百万大军越过边境 莫斯科时间8月7日下午4时30分，斯大林签署命令，要求苏联远东红军做好准备，于9日零时开始进攻。 8月8日下午5时，莫洛托夫约见日本驻苏大使佐藤，当面向佐藤宣读了苏联对日本的宣战书。对于苏军的进攻，关东军一点准备也没有。仗打起来的时候，司令官山田乙三大将竟然还在大连津津有味地欣赏着日本的歌舞演出。
经过近一周的激战，8月14日，苏军各集团军已经成功地越过了原始森林、高山大漠，正在茫茫的平原上迅速向东北腹地推进。1945年8月15日中午12时，日本天皇发布投降诏书。 8月18日下午，关东军司令部向所属部队下达了投降命令，并通知了苏联远东军司令部。 从8月19日这天起，关东军开始有组织地向苏军投降。当天拂晓，后贝加尔方面军的全权代表阿尔乔缅科飞抵长春关东军司令部。在苏军代表面前，山田乙三摘下佩刀，递给苏军代表，然后在投降书上签了字。 8月19日下午，苏军进入沈阳。随即，五万多名日军缴械投降。另外，苏军还在这里俘虏了末代皇帝博仪。
8月20日，关东军第五军司令官清水带着5名将军来到牡丹江苏军红旗第一集团军指挥部，向苏军投降。8月22日，哈尔滨日军第四军43，000人向苏军投降。同一天，苏军进入大连。1945年9月，八路军挺进东北，积极配合苏军作战，并从苏军那里得到大批武器弹药。苏军撤退前，将70万关东军的装备交给了中共军队。仅第一、第二两个方面军移交中共军队的武器就有：3700门火炮、迫击炮和掷弹筒、600辆坦克、861架飞机、1200挺机枪、680座各种军用仓库、松花江舰队的船只。另据原八路军第十六军分区司令员曾克林回忆，沈阳苏军曾将日本关东军最大的武器仓库——苏家屯仓库交给他们垂堋? 他们打开仓库，发现里面的武器可以装备几十万人，他们“先后拉了三天三夜，拉出步枪两万多支、轻重机枪一千挺、还有一百五十门各种口径的迫击炮、野炮和山炮”。 不仅装备了自己和到达东北的其他部队，而且还向山东运送了一批武器弹药，仅子弹和炮弹就有五百多万发
