1945年7月5日，日军大本营确定关东军的对苏作战方针是：“利用满洲广阔地域粉碎敌之进攻。不得已时，也要扼守长春-大连线以东、长春-图们线以南要地，坚持长期作战，以利于遂行大东亚战争。指导要点：尽量利用北朝鲜东部山地、牡丹江流域西侧山地、大小兴安岭和四平-齐齐哈尔线外沿地区的地形和工事，力争粉碎敌人。为阻滞敌人进攻，预期以一部兵力打头阵；尔后，利用满洲广阔地域和地形，阻敌进攻，以期持久，同时广泛开始游击战。关东军主力适时集中在长大线以东、长图线南山地，诱歼进攻之敌；不得已时，也要扼守通化、临江周围要地，以图长期坚持。”
苏军3个方面军越过国境线关东军辖日第1、第3方面军，计24个师又12旅，70余万人。此外还有伪满、伪蒙军8个师又12个旅，约20余万人。日伪军总兵力近100万人，共装备作战飞机150架（另有可用于作战的教练机约500架），坦克160辆，各种火炮5000门。
关东军的部署如下：第1方面军担任东部正面防御，主力集中在牡丹江、延吉一线，司令部设在牡丹江。第3方面军担任西部正面和南满的防御，司令部设在沈阳，其44军部署在阿尔山、洮南、通辽地区，第30军配置在长大线以东地区；第4军担任北部正面防御，司令部设在齐齐哈尔。第34军为关东军的预备队，设置在朝鲜咸兴地区。
关东军的防御由3道防御地带组成。第1道，由边境筑垒地域及二线主阵地组成；第2道，沿长大和长图线设置，成据点式防御；第3道，以通化为中心，沿中朝边境山区设置，是最后抵抗地域。纵深工事在开战前刚刚动工。沿边境线的17个筑垒地域（东面8个，北面5个，西北面2个，西南面2个）总长1000余公里，计8000余个永备工事和土木质发射点。以虎头筑垒地域为例，在4个山丘上建立了6个抵抗枢纽部和3个独立支撑点，筑有火力发射点400余个，火炮阵地66个，指挥观察所64个，全正面约100公里，纵深40～50公里，其设施可容纳2个师以上的兵力。1941年曾配置1个守备师（1.2万人）。远东战役时，守军减为4个步兵连、4个炮兵连（各种火炮34门，内150毫米以上口径重炮共13门）和保障分队，计1400人，另有日侨义勇队500人。
1945年4月，华西列夫斯基奉命开始制定对日作战计划。为了能在最短时间内摧毁日军整个军事体系，曾考虑过3种方案：一是进攻日本本土，但实施战略性登陆战役没有把握；二是进攻华北，但因日军没有密集集团，不能达到速战速决的目的；三是歼灭关东军。最后，确定了进攻关东军的方案，同时在南库页岛和千岛群岛实施登陆战役，控制宗谷、根室两海峡，威逼日本本土，保障苏联海上的航行自由。
在选择主突方向时，苏军统帅部分析东北的地形、道路和日军的部署后，认为把主突方向选在蒙古东部突出部最有利。因该方向日军防御薄弱，大兴安岭以东地形开阔，便于坦克机械化兵团行动，只要迅速越过大兴安岭，就能出其不意，迅速前出到东北平原，从而达成进攻突然性。总的企图是：以3个方面军从东、西、北3个方向同时进攻，东西对进，以西为主，北面为辅助进攻方向，切断东北日军与华北、朝鲜的联系，分割围歼关东军主力于中满地区。苏军统帅部在训令中强调：“尽快夺取胜利，避免与日军在满洲陷入持久作战。”
为了达成速战速决，苏军统帅部认为，仅靠远东原有40个师的兵力是不够的，遂决定从欧洲向远东机动兵力。在5～7月内，向远东和后贝加尔地区增调了2个方面军指挥机构、3个合成集团军、l个坦克集团军，共27个师、12个旅、许多独立兵团和特种部队，使远东兵力猛增1倍。
鉴于战区远离莫斯科，战场广阔，作战方向分散，协同困难，为实行统一的战略领导，在伯力成立了以华西列夫斯基为总司令，希金上将为军事委员，斯·帕伊凡诺夫上将为参谋长，并赋予全权的远东苏军总司令部。下辖3个方面军、太平洋舰队和黑龙江区舰队，共有11个合成集团军、l个坦克集团军、1个骑兵机械化集群、3个空军集团军、3个防空集团军。计陆军80个师（其中6个骑兵师、2个坦克师），火炮2.6万门，坦克和自行火炮5500余辆，作战飞机3800余架，海军各种舰船500余艘，海军航空兵飞机1500余架。总兵力达150余万人。其战役部署如下：
后贝加尔方面军：辖1个坦克集团军、4个合成集团军、1个骑兵机械化集群、1个空军集团军和1个防空集团军，约65万人。其任务是分割围歼关东军第3方面军主力于长春、沈阳地区，切断关东军与华北的联系。方面军以坦克第6集团军和第17、第39、第53集团军组成主突集团，从外蒙古的塔木察格布拉克向长春、沈阳方向实施主要进攻，以第36集团军从左翼向海拉尔、齐齐哈尔方向实施辅助进攻，以苏蒙骑兵机械化集群从右翼向承德、张家口方向实施辅助进攻，以第53集团军为第2梯队。以2个步兵师、1个坦克师、1个坦克旅为预备队。当前任务是，战役第15天越过大兴安岭，前出至索伦、突泉、鲁北一线，坦克第6集团军不迟于战役第5天进至上述地区，尔后向长春、沈阳进攻。战役纵深800～1000公里。司令部设在赤塔，临战前进至塔木察格布拉克。
远东第1方面军：辖4个合成集团军、1个战役集群（辖2个师）、1个空军集团军和1个防空集团军，约58万人。其任务是在太平洋舰队的配合下，分割围歼关东军第1方面军于牡丹江、敦化地区，切断关东军同朝鲜和日本的联系，尔后向哈尔滨、吉林、长春进攻。方面军成一个梯队，以第1、第5集团军和第10机械化军组成主突集团，向牡丹江方向实施主要进攻；以第25集团军从左翼向汪清、延吉方向实施辅助进攻；以第35集团军从右翼，向密山方向实施辅助进攻。以2个步兵军、1个骑兵师为预备队。当前任务是突破日军边境筑垒地带，于战役第18天前出至牡丹江、汪清一线，尔后向哈尔滨、吉林进攻。战役纵深400～500公里。司令部设在双城子，临战前至格罗捷阔沃。
苏军攻克筑垒地域远东第2方面军：辖3个合成集团军、1个空军集团军和1个防空集团军，约33万人。其任务是在黑龙江区舰队的协同下，歼灭日军第4军。方面军以第15集团军沿松花江向佳木斯、哈尔滨方向实施主要突击；以第2集团军从右翼向齐齐哈尔实施辅助进攻；以独立第5军从左翼向宝清实施辅助进攻。战役第一阶段，第16集团军在太平洋舰队协同下，担任鞑靼海峡西岸和堪察加半岛的防御，尔后，在南库页岛和千岛群岛实施登陆作战。战役纵深500公里。方面军成一个梯队。以1个师和1个旅为预备队。司令部设在伯力，开战前进至列宁斯科耶。
太平洋舰队：以潜艇和航空兵在日本海域积极行动，切断关东军与日本本土驻军的联系；支援地面部队的濒海翼侧防御；协同陆军在北朝鲜东岸诸港口、南库页岛和千岛群岛登陆作战。司令部设在海参崴。
各空军集团军分别隶属于各方面军。方面军首长根据当时敌情、地形和任务，赋予航空兵以不同的具体任务和协同方法。其主要任务是：实施不间断的空中侦察；夺取和保持制空权；支援地面主要突击集团的战斗行动。海军航空兵保障舰队的海上作战，破坏日军海上交通，支援登陆兵上陆作战。