空军的优势兵力
远东苏军空军的准备工作，根据苏军总参谋部的指示在４月份就开始了。当时在远东地区的苏军空军共有３个集团军：后贝加尔方面军的空军第１２集团军由胡佳科夫空军元帅指挥，编成内有２个轰炸航空兵军，另外还有２个独立轰炸航空兵师、２个强击航空兵师、３个歼击机航空兵师、２个运输航空兵师及侦察、通信各１个航空兵团；远东第１方面军空军第９集团军由索科洛夫空军上将指挥，编成内有１个航空兵军，另外还有１个独立轰炸航空兵师、２个强击航空兵师、３个歼击航空兵师、１个侦察航空兵团、１个校射航空兵团、１个通信航空兵团和１个运输航空兵团以及６个独立航空兵大队；远东第２方面军的空军第１０集团军由日加列夫空军上将指挥，在其编成内有１个轰炸航空兵师、２个强击航空兵师、３个歼击航空兵师、２个混成航空兵师、１个独立歼击航空兵团和１个侦察航空兵团。
这３个空军集团军共有飞机３８００多架，再加上太平洋舰队航空兵飞机１５００多架，苏军远东地区航空兵共有４３００多架。苏军最高统帅部为了加强后贝加尔方面军和远东第１方面军的航空兵集团的作战能力，又从西线调来轰炸航空兵第６军（２个师）、轰炸航空兵第５４师和近卫运输航空兵第２１师以及歼击航空兵第１９０师（未带装备）。苏联远东空军受领的主要作战任务是：夺取制空权，并可靠地掩护各方面军部队的主要集团不受敌空中突击；通过对铁路目标、列车和汽车纵队的突击，破坏敌预备队的机动；支援陆军突破筑垒地域配系和在纵深内发展进攻，对日军的通信枢纽和指挥机构进行突击以破坏日军的指挥；不断地实施空中侦察。
苏军远东地区空军装备的多数是当时最新生产的雅克－３、雅克－９、雅克－７６和拉－７型歼击机，轰炸机是图－２型，强击机是伊尔－２和伊尔－１０型。而日本关东军的飞机不仅数量只有１８００架，而且都是一些旧式飞机。苏军在飞机质量和数量上都占优势。
秘密从苏军总参谋部泄露
苏军最高统帅部虽然对远东战役进行了周密的准备并进行了严格的保密，但在开战的几天前，却发生了一件非常严重的事件。８月３日早晨，苏军总参谋部作战部部长什捷缅科吃完早饭后，拿起刚刚从《红星报》编辑部转来的一封薄薄的信。这封信是按通常的渠道送到报社的，从信的外表看与几百封其他读者来信毫无两样。但当他看了这封信头几行字后，不禁大吃一惊。这封信是一位记者写给他的。信中这样写道：〃非常情况促使我这个老头子给你们写这封信。７月末，在有２０多名与军队无关的人员在场的一个公共场所，一位军衔为中校的红军军官十分卖劲地炫耀自己，同时还泄露了军队和国家的秘密。他姓波卢比或戈卢比，名叫尼古拉·伊万诺维奇。据他说，目前似乎正在加紧准备对日作战，并往远东派去了以华西列夫斯基元帅为首的一群总参谋部的军官去领导对日作战。。。。。。〃什捷缅科感到十分担忧，如果像信中所讲的，在准备对日作战的关键时刻，当作战计划和进攻时间已经确定，华西列夫斯基元帅和领导远东各方面军的新任司令员正昼夜不停地把部队调往出发地区的时候，这份情报如被日军获取，那造成的损失将无法估量。调查工作很快就开始了，彼德罗夫信中所说的那个人很快就被找到了。原来他是被选派到华西列夫斯基指挥机构的一名工作人员，同时也查明，这个军官在那一伙人中还喋喋不休地大声讲了许多有关他的首长和与远东苏军总司令有直接工作关系的一位将军的情况，以及苏军最高统帅部在准备对日作战方面采取的一些措施。什捷缅科认为，对于这样一个不守纪律，泄露最高机密的人，是决不能在远东苏军总司令部工作的，而且也不能让他在军队任何一个司令部和部门工作，他应该被清除出军队。但不知出于什么原因，这个情况总参谋部并没有向斯大林汇报。什捷缅科谈到：〃所幸的是这个饶舌鬼所泄露的情况大概没有传出彼德洛夫所提到的那伙人的范围，至少没有落到日军手里。〃
日军的飞机都到哪里去了？
按照统帅部的命令，苏军远东地面部队３个方面军于８月８日夜晚向日军发起全线攻击。为了达成战役的突然性，在发起冲击前，没有进行炮兵和航空兵火力准备，而是派出先遣支队潜入敌后，迂回封锁日军的筑垒地域。一夜之间，苏军各分队就占领了中苏、中蒙边境日军许多支撑点和工事，保障了主力部队的战斗行动。
８日夜，苏军航空兵也开始行动。空军第９集团军轰炸航空兵第１９军的７６个机组攻击了长春和哈尔滨的军事目标。８月９日拂晓，为了瘫痪敌交通运输，破坏其指挥，压制机场上的敌机，空军第９、第１２集团军各轰炸航空兵军、师及太平洋舰队空军，在歼击机掩护下，出动３４７架轰炸机对海拉尔、齐齐哈尔、长春、吉林、沈阳、索伦、五岔沟、朝阳等地的军事目标和铁路枢纽以及朝鲜的罗津、雄基和咸兴海港实施了突击。
８月初以来，天气一直晴朗，可是在８日晚，天却变了，浓厚的雷雨云，突然从太平洋方向滚滚而来，低垂在中国东北地区，一道道耀眼的闪电划破了夜空，阵阵惊雷过后很快下起了倾盆大雨，一股股洪水从山顶向山谷倾泻而下，冲毁了道路，引起了江河泛滥，一切都浸没在伸手不见五指的黑暗中。尽管这样，苏联空军在战役的第一天仍然出动了近２０００架次飞机，给日军造成了重大损失。仅空军第１２集团军的飞行员驾机袭击索伦和海拉尔车站，就破坏了９座车站建筑物，炸毁敌数列载有技术兵器的列车。
然而，令人感到奇怪的是，在第一天的战斗中，日军航空兵为什么几乎没有进行任何抵抗？苏联空军主帅诺维科夫为此急令空军元帅胡佳科夫〃迅速查明原因，是否日军飞机转移到更远的机场〃。数小时后，胡佳科夫用电话向他报告：〃如果不算在哈尔滨、长春、沈阳、大连机场上的零星飞机，满洲实际上已没有日本飞机了。〃日军飞机到底到哪去了呢？难道在一天的时间里，日军１８００多架飞机全消失了？后来经过多方查实才搞明白，原来日军统帅部为了保存航空兵以防卫日本本土，在战役的第一天就将其在中国东北的几乎全部飞机转移到了朝鲜南部和日本国内机场。
空 中 桥 梁
由于８月９日这一天日军飞机全部转移，苏军航空兵完全掌握了制空权。空军各集团军航空兵部队在恶劣的气象条件下转为对地面进攻部队进行空中直接支援。在战役的第一天，后贝加尔方面军向前推进了５０…１４０公里，远东第１、第２方面军也推进了５…２０公里。在以后的几天里，地面部队前进的速度更快了。
苏军近卫坦克第６集团军是后贝加尔方面军的主要突击力量，它们必须穿越大面积的戈壁滩，并通过大兴安岭山脉。为此，空军第１２集团军的强击航空兵第２４８、第３１６两个师和歼击航空兵第２４５师不断地对其进行空中支援。为便于协同，在坦克兵战斗队形中行进的有航空兵代表和空军后勤先遣支队，后者为担负掩护和支援任务的航空兵迅速准备了驻扎机场。采用这种方法组织战役和战术协同，可以使航空兵不致脱离坦克兵团，从而能根据情况的需要对敌实施突击，迅速而及时地为其提供必要的支援。当近卫坦克第６集团军越过大兴安岭时，为了给坦克扫清道路，航空兵对该山脉前的敌抵抗枢纽部实施了一系列集中突击，并轰炸了敌大型支撑点和鲁北、洮南、五爷庙的火车站。坦克兵巧妙地利用了这些突击效果，消灭了前进道路上的日军。
由于推进速度很快，后贝加尔方面军部队的后勤补给遇到了很大困难。烈日当头，战士们口干舌燥，过上５分到１０分钟就想喝水，而水又很缺。在快速进攻的情况下，坦克部队已远离补给基地约４５０公里，汽车运输也跟不上来，部队急需燃料和水。该方面军的近卫机械化第９军，有２３的坦B克、全部自行火炮和大量的汽车由于缺乏燃料而停了下来，有的坦克旅只有１８辆坦克实施进攻，近卫机械化第３０旅则只有７辆坦克和２个摩托化步兵连实施进攻。因此，加快后勤运输速度成了当务之急。方面军除组织地面运输外，还大力加强了航空兵的运输能力。苏空军第１２集团军航空兵运输部队在大雨、浓雾的气象条件下，飞越大兴安岭山脉，在８月１２日和１３日两天内完成了运输坦克集团军部队所需弹药、燃料和用水的任务。在两天中，运输机共出动１７５５架次，空运了约２０７２吨油料、１８６吨弹药和无数吨水，保证了该集团军战斗行动的顺利进行。
牡丹江地区的空中支援
苏远东第１方面军的部队发起进攻后，空军第９集团军的轰炸机和强击机部队集中兵力攻击日军集结部队和火力配系，有效地支援了部队的突击兵团。空军通常用９０…１００架飞机集中攻击敌筑垒群。开战的第２天，当第３５集团军接近敌虎头筑垒地域时，由于遭到日军猛烈炮火的袭击，不得不停止进攻。不久，空中出现了第３４轰炸航空兵师的８１架飞机。苏机猛烈轰炸了敌筑垒地区的目标，摧毁了许多据点，压制了日军炮兵和机枪火力。苏军地面部队乘日军混乱之际，迅速突破敌筑垒地域，仅用两小时就占领了该地区。
牡丹江市位于牡丹江中游，是日军从东面掩护哈尔滨方向的重要防御枢纽，同时也是铁路和公路枢纽。这一地区还是日军预备队集结地。８月１０日傍晚，苏军侦察机报告：〃敌军用列车到达牡丹江车站，并卸下了炮兵和坦克部队，敌方的人员和起材都很集中。〃空军第９集团军司令即令第３４独立轰炸师轰炸了牡丹江车站。到１６日，日军已在牡丹江集结了大量的步兵和坦克。为阻止苏军进攻，日军炸毁了２座铁路桥和１座从爱河火车站到牡丹江市的公路混凝土桥，沿江左岸构筑了３道堑壕，由敢死队员固守。苏空军第２５２强击机师出动主力，向日军的炮兵、坦克和步兵发起了不间断的梯次攻击。飞行人员在复杂条件下表现了勇敢精神。佩－２轰炸机编队在飞向牡丹江市内和车站的日军目标时，在航线上遇到了复杂的气象条件，云底高不到１００米。编队长机决定从云层的北面绕过，飞行高度降到５０米。编队在复杂气象条件下飞行了１００公里，卓有成效地完成了任务。
架机迫降救战友
远东第２方面军发起进攻后，很快渡过水量很大的黑龙江和乌苏里江，然后继续向松花江和饶河进攻。由于赶上暴雨，河水上涨，道路通行困难，地面部队不能沿铁路线前进，进攻速度很慢。但空军第１０集团军的各个部队克服了恶劣的天气条件，积极地用小编队向日军发起攻击，压制敌抵抗枢纽部，攻击松花江上的敌舰艇群和北安、克山、齐齐哈尔各火车站。在战役第１天，苏空军第１０集团军第２５３强击航空兵师就击毁了日军多艘船只。１１日，第２５３强击师的伊尔－２编队按目标引导小组的指示，对正在阻击第２０３坦克旅前进的日军炮兵阵地进行了多次攻击，给坦克部队开辟了前进的道路。
８月１２日，苏军在齐齐哈尔方向上进攻的地面部队在孙吴筑垒地域被日军的炮火和反冲击所阻。苏强击航空兵前去支援，飞行员多次攻击敌炮兵阵地。飞行员们在执行任务中表现了主动灵活、英勇果断的精神。强击航空兵第７５团团长切尔内赫少校和中队长尤尔琴科中尉组成的双机，在〃游猎〃时发现了敌装甲列车，两人即对启发动攻击。当第３次进入攻击时，切尔内赫的飞机被日军防空炮火击中，飞机迫降在敌方的一个土丘的斜坡上。尤尔琴科中尉为了救出团长，不顾危险驾机在团长的飞机旁着陆，把团长从受伤的飞机救出，然后又冒着敌人的炮火强行起飞，后来两人都平安归队。
滨海上空的〃火人〃
苏军太平洋舰队有两个航空兵战役集团，一个是太平洋舰队空军，另一个是北太平洋区舰队空军，共有作战飞机１４９５架。海军航空兵的任务是协同远东第１方面军部队夺取日本在北朝鲜的全部重要港口，以切断日本关东军同补给基地的联系并将其孤立于日本本土之外。
８月９日，在滨海方向作战的第２５集团军各部队，对日军发起攻击。为支援地面作战，海军航空兵在太平洋舰队空军司令列麦什科中将统一指挥下，于９日和１０日两天对北朝鲜的雄基、罗津和清津�