苏联于1945年8月8日对日宣战后，远东第二方面军在黑龙江区舰队的配合下，强渡黑龙江和乌苏里江，发动进攻。其主力则与黑龙江区舰队密切协同，沿松花江向哈尔滨方向实施突击。
为了对付苏军的进攻，日关东军在松花江下游构筑了松花江筑垒、富锦筑垒、兴山筑垒等地域，以其第5军(辖3个步兵师团)、步兵第134师团和松花江江上军组织防守。日松花江江上军辖有4艘炮舰、12艘装甲艇、10艘护卫艇和海军陆战队3个联队(装备有50只登陆小汽艇和60只登陆摩托艇)，以富锦和佳木斯为基地进行布防。
苏联黑龙江区舰队配备有6艘浅水重炮舰、11艘炮舰、52艘装甲艇、12艘扫雷舰、36艘扫雷艇、7艘驱逐艇、15艘滑行艇、3艘护卫艇和1艘布网舰。上述兵力编为4个舰艇支队和1个独立大队。
8月8日晨，黑龙江区舰队的兵力开始展开。其第1和第2舰艇支队集结在列宁斯科耶地区和下斯帕斯科耶地区，准备支援远东第二方面军的第15集团军在松花江方向上实施进攻。第3舰艇支队和乌苏里江独立装甲艇中队，则为保证第5独立步兵军的部队强渡乌苏里江而做准备。指挥松花江进攻作战的马莫诺夫中将决定以其所属的第15集团军从列宁斯科耶地区出发，沿松花江岸向哈尔滨方向发起主要突击，而以第5独立步兵军从比金地区出发，对饶河、勃利进行辅助突击。8月9日晨，克里诺夫海军中校指挥的第1舰艇支队强渡黑龙江，遣送第394步兵团第3营在鞑靼岛(位于松花江下游，距江口约10公里)登陆。登陆队没有受到日军阻击，8时前占领了该岛。这样，日本江上军从松花江驶进黑龙江的通道已被切断。8月9日夜，第1舰艇支队又遣送第361步兵师主力在同江登陆。此时，日军卫戍部队已撤向富锦城。由于占领了松花江口，马莫诺夫中将就能在该江的两岸顺利集结第15集团军主力，并对哈尔滨展开攻势。
与此同时，坦科维奇海军上校指挥的第2舰艇支队遣送第388步兵师在黑龙江南岸登陆，夺取从哈巴罗夫斯克至松花江口地段上的日军筑垒地域(松花江筑垒地域)，以保障己方作战舰艇和船只在黑龙江自由往来。8月9日晨，该支队遣送第630步兵团的1个营在抚远登陆。由于行动突然，没有遭到有组织的抵抗。戈列洛夫空军上校指挥的第307歼击机团的“雅克——9型”飞机对这次登陆进行掩护。此后，没有发现日军飞机，苏军指挥部就取消了直接的空中掩护。8时左右，苏军占领了抚远抵抗枢纽部。16时前，完全解放了抚远市。日军被击毙70人，被击伤102人，被俘15从。第2舰艇支队摧毁了日军的2个临时火力点，2个观察所，7座兵营和其它一些建筑物。登陆队缴获5座装满武器、弹药和粮食的仓库。苏军牺牲21人，负伤51人。8月10日，第630步兵团占领了勒得利、街津口地区的抵抗枢纽部。这样，在发起进攻的第二天傍晚，乌苏里江口和松花江口之间的黑龙江南岸地区的日军即被肃清。
第3舰艇支队在法捷耶夫海军中校指挥下，于8月9日保障进攻东安镇的第5独立步兵军的1个支队渡过了乌苏里江。翌晨，这个支队在舰艇支援下，攻占了强固的饶河抵抗枢纽部。两天内，全支队仅有两人负伤。支队完成任务后，转为保障第15集团军主力在列宁斯科耶和同江地段强渡黑龙江。在苏陆军部队和舰艇部队通往富锦的要道上，首次受到日军的有组织的抵抗。富锦筑垒地域正面为30公里，纵深为12公里，由两个扇形设防区和50公里长的反坦克壕组成。两个扇形设防区共有156个由交通壕连结的永备火力点和临时火力点。筑垒地域的日军卫戍部队共1200人。一些溃退到此的日军使卫戍部队得到了加强。日军指挥部企图依靠构筑良好的阵地、充足的弹药和大量的预备队作长期固守。
8月10日15时，第15集团军司令给第361步兵师和黑龙江区舰队下达了进攻和占领富锦筑垒地域的命令。11日拂晓，第1舰艇支队向富锦溯流而上，装甲艇和扫雷艇航行在前，浅水重炮舰跟进在后。7时20分，各装甲艇全速冲向富锦的停泊场。他们遭到日军榴弹炮、迫击炮和机枪的猛烈射击。但是，日军的火力点经受不住苏联浅水重炮舰的130毫米加农炮和装甲艇火箭炮的轰击。这些浅水重炮舰共摧毁和压制日军5个永备火力点、12个临时火力点，6个迫击炮连，击毁1座弹药库，歼灭日军许多官兵。装甲艇和其他舰艇共摧毁10个火力点和1座弹药库。
上述炮战持续一个多小时。8时30分，第364团第3营随强击连之后，离开浅水重炮舰上岸。在舰炮的有效支援下，迅速占领了沿岸地带，并开始向富锦城推进。9时，苏军第1坦克旅的坦克和第34团第1营进入市区，日本卫戍部队遂弃城南逃。8月13日中午，苏军占领富锦筑垒地域。当日，安东诺夫海军少将向第1、第2舰艇支队下达任务：遣送登陆队在佳木斯登陆，并协同第15集团军的先头部队于8月15日傍晚前占领该市。8月14日5时，第1舰艇支队遣送第361步兵师第349团的两个营在佳木斯下游40公里处登岸。日军一边后撤，一边竭力阻止苏联舰艇前进。8月16日傍晚，第2舰艇支队遣送第632步兵团的一些分队占领了佳木斯。日军沿江边公路向依兰撤退。8月18日8时，苏联舰艇支队驶入依兰停泊场。日军的大部分火力点停止了射击，仍继续射击的，不久也波苏联舰艇的炮火压制了下去。停靠码头的一艘日武装轮船，突然向苏装甲艇开火，并企图向松花江上游逃窜，但被苏艇追上击沉。日军在依兰的卫戍部队1780名官兵缴械投降。苏军缴获5艘拖船、1艘轮船、19只驳船、两艘挖泥船和几座军火、油料、粮食仓库。8月20日晨，黑龙江区舰队的舰艇驶抵哈尔滨。哈尔滨的日本卫戍部队投降。至8月26日，日本松花江江上军已完全被解除武装。苏军从日本人手中缴获4艘炮舰、9艘装甲艇、8艘护卫艇、30多艘拖船，20艘客货轮及100余只各种驳船和浮动器材。至此，远东第二方面军沿松花江的进攻，在黑龙江区舰队的配合下胜利结束。区舰队同与之协同作战的第15集团军部队都完成了所受领的任务。在几天内，步兵从抚远一直打到哈尔滨，前进930公里，其中沿松花江航行700多公里。在作战过程中，舰艇是保证步兵高速度前进的唯一工具，并且往往是进攻部队的先导。