由于德军在雅西-基什尼奥夫地区的惨败，罗马尼亚的政局也因此发生了风起云涌的变化：罗马尼亚的反法西斯力量在共产党领导下，于8月23日举行了武装起义，推翻了安东尼斯库的法西斯统治，成立了新政府。8月24日，罗马尼亚新政府声明退出法西斯集团，并对德宣战。为了镇压起义，德军于8月24日晨野蛮地轰炸了罗马尼亚首都，并向布加勒斯特发动了进攻，妄图通过“采取一切手段把罗马尼亚从欧洲版图上抹掉，让罗马尼亚人作为一个民族不复存在”。8月29日，苏军最高统帅部大本营给乌克兰第2、第3方面军下达了彻底歼灭在罗马尼亚的德军的新任务。8月30日，乌克兰第二方面军占领了罗马尼亚石油工业的中心——普洛耶什蒂。8月30日和31日，第6坦克集团军、第53集团军以及以图多尔·弗拉季米列斯库命名的罗马尼亚志愿军步兵第1师的部队，开进布加勒斯特。苏军会同在作战士隶属乌克兰第2方面军的罗马尼亚军队，于10月25日完全肃清了罗马尼亚境内的占领者。
1944年8月23日罗马尼亚人民武装起义后，取缔了德国驻布加勒斯特办事处，将德军军官押往他处。9月5日，乌克兰第3方面军已进军到罗马尼亚和保加利亚边境。苏联政府因此宣布，即刻起：苏联将同保加利亚处于战争状态。在这种极为有利的形势下，保加利亚共产党加紧了武装起义的准备。9月5日，保加利亚工人党中央政治局和人民解放起义军总司令部制定了武装起义计划。根据保加利亚工人党和祖国阵线的指示，在全国范围内掀起了强大的反法西斯群众运动的热潮。索非亚、普罗夫迪夫、瓦尔纳市等城市的工人纷纷上街游行。9月7日，普列文的劳动群众攻占了监狱，释放了大批政治犯。9月8日，全国举行大罢工。在这种形势下，苏军在几乎没有保加利亚军队抵抗的情况下开进了保加利亚领土，成为促进该国人民革命的强大因素。9月9日夜，在保加利亚共产党领导下，索非亚市爆发了人民武装起义，法西斯集团被推翻。全国政权转入祖国阵线手中。保加利亚与德国断绝关系，对德宣战。9月16日，乌克兰第3方面军在市民的热烈欢迎下开进保加利亚首都。第二天，经改编后的保加利亚军队在作战上隶属乌克兰第3方面军，同法西斯军队一直打到战争结束。
罗马尼亚和保加利亚的解放，更加巩固了苏联武装力量的战略态势，使得苏军从四面逼进第三帝国。