庫頁島是清朝時期中國的第一大島，只是當時島上只有女真族人在島上生活，漢人或其他民族的人基本無法上島，因為東北地區在清朝時邊防空虛，這讓沙皇俄國和日本趁虛而入登陸了庫頁島，而且清政府與沙皇俄國籤訂了《北京條約》，這讓東北地區四十萬平方公裡的土地歸到了俄國人手中。庫頁島南部當時還居住著很多日本居民，因為此俄國和日本又對庫頁島展開了爭奪，從1905年開始俄國和日本將庫頁島分為兩個部分，北部由俄國人佔領，南部由日本人佔領，1905年的日俄戰爭日本憑藉勝利佔領了薩哈林島，這成為了以後蘇聯對日本耿耿於懷的原因，從此刻開始蘇聯就計劃日後一定要重新奪回薩哈林島。
蘇聯獲取的情報中顯示日本在南薩哈林島駐紮了兩萬日軍，1945年8月10日在二戰即將結束之時蘇聯佔領了南薩哈林島，蘇軍登陸薩哈林島之後沿著河谷向日軍發起進攻，但是因為地形的原因只有一條路向南延伸，這也讓蘇軍的行動收到了一定的限制。而且日軍在河谷中修建了堡壘，其中布置了大量的機槍火炮，日軍將最精銳的部隊安置在了這裡，這也是蘇軍前進道路上最難突破的地方。日軍還將一個大隊安排在了西南方向，準備接應日本居民後撤，日軍將島上的大量日本居民組建成了戰鬥隊，從個人角度來說日軍的這種行為實在是沒有人性和理智。此時島上日軍機場沒有一架戰機，這也使得蘇軍沒有了空中威脅，可以放心大膽的進攻日軍，為了能夠提高作戰的優勢，蘇軍派出一部分戰艦從日軍後方登陸作戰，形成夾擊之勢。
8月11日蘇軍開始進攻，因為當天是霧天，飛機無法抵達，對於日軍的陣地蘇軍只能逐個擊破，這種方法就好像用手砸核桃，挨個砸手會越來越疼，蘇軍亦是如此，到了14日時蘇軍和日軍都有非常大的損失，日軍的要塞還矗立在蘇軍面前。蘇軍開始了從後方登陸的計劃，四個登陸編隊出發準備登陸，從此前的偵查來看港口上只有少量的日軍，15日晚上登陸部隊登上了港口並將守備的日軍殲滅。隨後登陸部隊一路挺進佔領了多個日本居民點，但是在隨後的道路上遇到了兩個日軍制高點，蘇軍的進攻無法夠到制高點，而日軍則是對蘇軍展開瘋狂攻擊，一直到了深夜蘇軍才算是勉強佔領了制高點。此時登陸的蘇軍人數有近七百人之多，他們向山脊界城發起了進攻，在一場激烈的巷戰之後蘇軍控制了山脊界城。
自從山脊界城被攻佔之後，正面進攻的蘇軍就發現面前的日軍顯得有些力不從心了，推進速度由此加快了不少，到了25日先頭部隊抵達了豐源市，日軍此刻也不再顯得剛開始作戰時那麼堅強，許多日本士兵乘坐卡車前往港口，準備向北海道逃離，其中還包括幾十萬日本居民，在這種情況下日軍幾乎失去了繼續作戰的能力，此次戰役在十幾天的時間裡終於結束，南薩哈林島的日軍被徹底粉碎了。而且蘇軍在拿下南薩哈林島之後原本打算繼續向北海道發起進攻，但是美國人並不希望蘇聯佔領北海道，隨即派出了偵察機前去偵查蘇軍的舉動，史達林認為既然拿下了南薩哈林島就見好就收了，不用再去攻佔北海道，反正此時的日本已經是窮弩之末。
此次戰役蘇日雙方數千人喪生，近三十萬日本平民沒有順利撤離而被滯留在了島上，蘇聯進攻南薩哈林時島上有五十萬居民，人員組成非常複雜，有日本人朝鮮人、波蘭人、白俄羅斯人以及島上的原住民，戰後的很長一段時間，島上的日本居民還嘗試離開薩哈林島前往北海道，但是在撤離階段很多日本人被蘇軍發現後直接消滅。到最後島上還有十多萬日本居民無法回家，只能隔海相望北海道，以寄託思念之情。
這次戰役是蘇聯撕毀了此前與日本籤訂的中立協議，從8月9日開始發動對日的攻擊，這也是對日本的宣戰，只是這時的日本已經被美國投擲了原子彈，正處在臨近投降的處境中，所以蘇聯的此次作戰可以說的二戰最後的收尾戰役了。