1945年8月8日，蘇聯外交部長莫洛托夫代表蘇聯政府正式約見日本駐蘇大使佐藤尚武，宣佈從即日起對日宣戰，次日凌晨，蘇聯駐遠東部隊百萬大軍在總司令華西列夫斯基元帥的指揮下，跨過邊境線，向中國東北挺進，對盤踞於此14年的日本關東軍發動了全面進攻。其中基里爾·阿法納西耶維奇·梅列茨科夫元帥指揮的遠東第1方面軍擔負進攻牡丹江、綏芬河一線的作戰任務。
當時，日本關東軍喜多誠一大將指揮的第1方面軍10個師團約24萬人，主要擔負中國東北東部方向的防禦，抗擊蘇軍的進攻，司令部設在牡丹江。日軍判斷，蘇軍未來的主要進攻方向，可能由蘇聯遠東濱海地區向中國東北實施。據此判斷，日軍確定關東軍防禦的重點在中國東北的東部地區。關東軍的防禦計劃要求，以三分之一左右兵力配置在邊境主要防禦地段上，依託築壘工事和有利地形，抗擊蘇軍的進攻，掩護主力機動。以三分之二兵力作為戰役機動部隊，配置在縱深，隨時準備前出到受威脅方向，以反突擊制止蘇軍突破並阻止其進攻。日軍總的兵力部署可以概括為“東強西弱，內緊外鬆”。
蘇軍意圖是，使用3個方面軍從西、東、北三個方向，向中國東北縱深實施向心突擊，奪取瀋陽、長春、哈爾濱、吉林，切斷關東軍與關內日軍及在朝鮮日軍的聯繫，全殲關東軍主力，佔領中國東北全境。其中遠東第1方面軍（司令員蘇聯元帥梅列茨科夫）轄4個合成集團軍，共32個師，14個旅，約58萬人。方面軍集中主要兵力於興凱湖東南地區，向綏芬河、牡丹江方向實施主要突擊，爾後向吉林、哈爾濱推進。
牡丹江市位於牡丹江中游，擁有遮天蔽日的大片原始森林和豐饒的原煤、黃金等大量戰略資源，屬於日偽“東滿省”的核心地區，是日軍從東面掩護哈爾濱方向的重要防禦樞紐，同時也是鐵路和公路樞紐。這一地區還是日軍預備隊集結地。是蘇軍進入中國東北腹地的“第一關”。綏芬河、穆稜、磨刀石、掖河（今鐵嶺河）、東寧等地成為日軍防禦重點。8月10日傍晚，蘇軍偵察機報告：敵軍用列車到達牡丹江車站，並卸下了炮兵和坦克部隊，敵方的人員和器材都很集中。空軍第9集團軍司令即令第34獨立轟炸師轟炸了牡丹江車站。到16日，日軍已在牡丹江集結了大量的步兵和坦克。為阻止蘇軍進攻和實行“焦土抗戰”，日軍炸燬了2座鐵路橋和1座從愛河火車站到牡丹江市的公路混凝土橋，沿江左岸構築了3道塹壕，由敢死隊員固守。蘇聯空軍第252強擊機師出動主力，向日軍的炮兵、坦克和步兵發起了不間斷的梯次攻擊。飛行人員在複雜條件下表現了勇敢精神。Pe-2轟炸機編隊在飛向牡丹江市內和車站的日軍目標時，在航線上遇到了複雜的氣象條件，雲底高不到100米。編隊長機決定從雲層的北面繞過，飛行高度降到50米。編隊在複雜氣象條件下飛行了100公里，卓有成效地完成了任務。
戰役過程
綏芬河戰鬥
1945年8月9日上午，蘇軍遠東第1方面軍第5集團軍，越過國境向綏芬河進攻，揭開了牡丹江戰役的序幕。蘇軍遭到了日軍的頑強抵抗。擋在第5集團軍進攻道路前面的是望不到邊的日軍龐大的綏芬河築壘。密密麻麻的各式地堡，一個接著一個。下面是數不清的槍眼和炮口。在築壘的前面是反坦克壕溝，溝的上面是一排排的水泥石礅，長方的和三角的比比皆是，最前面則是幾道鐵絲網，這是用來阻擋步兵的。築壘正面大約有40公里，縱深35公里，大約有400個火力點。日軍配置火炮口徑都在240毫米以上，最大的420毫米，這樣的炮陣地有50多個。蘇軍遠東第1方面軍準備了8000門火炮，進攻綏芬河築壘的第5集團軍得到了其中的3500門，全部是75毫米以上的，還有400門喀秋莎火箭炮，每公里正面不少於200門，最多的250門。蘇軍針對日軍築壘堅固的特點，決定作好4個小時的炮火準備。蘇軍和日軍首先開始了一場激烈的炮戰，隨後蘇軍出動強擊機群掩護1600多架次轟炸機，對日軍築壘進行了4輪毀滅性的轟炸。日軍綏芬河築壘在幾個小時內被蘇軍的炮彈削去了大約10幾米厚的土層，近3米厚的鋼筋水泥地堡的四壁也被炸開了。此時，蘇軍的坦克和步兵發起了衝鋒。但也就在這時，日軍驟然發起了猛烈的反擊，原來日軍的表面陣地和炮陣地雖然被蘇軍強大的火力摧毀，但是步兵全部集中在地下永備工事。這些永備工事的頂層全是清一色的鋼帽蓋，即用鋼鐵鑄成的頂蓋，炮彈落到上面只能炸出一個小坑，下面仍是完好無損，只能從底部將其炸塌。守衛築壘的日軍官兵深受仇蘇教育，異常頑固。還玩弄假投降的伎倆，待蘇軍受降時突然開火，給蘇軍造成了不應有的損失。蘇軍在日軍鋼帽地堡的地道口上，安放了成噸的炸藥，直炸到最後一層，地堡中的日軍也無一人出來投降。日軍的綏芬河築壘被全部摧毀了。蘇軍第5集團軍與紅旗第1集團軍開始協同向牡丹江和哈爾濱挺進。
樺林車站戰鬥
針對蘇軍在綏芬河築壘地區受日軍激烈抗擊的情況，蘇軍遠東第1方面軍司令部被最高統帥部大本營授命變更作戰部署，決定全力加強第25集團軍。從第5集團軍抽調第17步兵軍、第72坦克旅和第219軍屬炮兵旅，另外從方面軍預備隊抽調第88步兵軍、第10機械化軍和第209坦克旅。加強到第25集團軍進攻的方向上去。因為此時第25集團軍已突擊到了牡丹江的南面，所以該集團軍已經成為蘇軍進攻的主力。另外，空軍第9集團軍奉命加強紅旗第1集團軍進攻方向的支援，並敦促紅旗第1集團軍加速向牡丹江方向的進攻。遠東第1方面軍的各個方向上的戰鬥，從第1天起就相當激烈。當風雨止住後的第2天，別洛鮑羅多夫的紅旗第1集團軍就已經推進到距牡丹江只有20公里的穆稜附近。為了徹底摧毀關東軍在這一地區的堅固築壘，航空兵轟炸機群和該集團軍的自行火炮部隊發揮了巨大的威力。原因是，日軍的火炮口徑遠遠比不上蘇軍，僅有的高射炮陣地也事先被蘇軍打掉了。這樣，轟炸機如入無人之境，迅速前進的巨型T-34型坦克群更是毫不客氣地填補了所有的轟炸空白。守敵1個師團又2個旅團，只有不足千人逃溜出去，其餘的大部分成了築壘廢墟的一部分，餘者俱皆被俘。這時，日軍第1方面軍司令官下令方面軍司令部撤至敦化，該地距原駐地牡丹江多達170多公里。同時，第5軍司令官清水規矩中將也把第126師團由八面通向後撤了70多公里至掖河（今鐵嶺河），第135師團由七星向後撤了約40公里至同一地域，此地距牡丹江只有5公里，顯然這是要以這2個師團來阻止蘇軍對牡丹江的進擊。8月11日，紅旗第1集團軍在炮火和航空兵的掩護下，首先向穆稜西方的敵124師團陣地發起猛攻。經過兩日激戰，敵軍陣地被蘇軍佔領。遠東第1方面軍第26步兵軍，在軍長斯克沃爾佐夫的指揮下，從三面一舉攻入日軍重兵把守的穆稜鎮。此時日軍從密山和綏芬河築壘撤出了大量的軍隊，124、125、126、135、111師團以及滿洲第1步兵師正在向牡丹江集中。蘇軍紅旗第1集團軍司令員別洛鮑羅多夫上將命令第26步兵軍馬上攻下並堅決守住日軍撤向牡丹江的必經之路樺林車站。此時第26步兵軍能機動的部隊只有第257坦克旅的幾個營，要擋住敵人幾個後退的師團，兵力過於單薄，但為了奪取牡丹江戰役的全勝，便決定毅然執行上級命令。
8月12日清晨，257坦克旅開始向樺林車站開進。日軍在蘇軍必經的山口設下包圍圈，企圖先把蘇軍坦克引進來，而後用各種火力一起將其消滅。日軍先用炮擊，但很快其架在山上的10幾門山炮便被蘇軍摧毀。日軍特攻隊從藏身洞中衝了出來，向蘇軍坦克撲來。經他們的衝擊，蘇軍只剩下19輛坦克了。
蘇軍第257坦克旅旅長阿尼希克中校下令突圍，他本人一馬當先駕車向前衝去。日軍在樹林中點起大火，蘇軍坦克冒火突圍。
坦克穿過沼澤，衝上了公路，只見前面有1座日軍兵營。蘇軍坦克推倒圍牆，院子裡的幾個日軍士兵胡亂放了幾槍就各自逃命去了。這是1座日軍的大型倉庫，約有40多座庫房。其中還有油庫。坦克加滿了油料，又加速向樺林車站駛去。此時1列日軍列車疾駛而來，車頭上架著機槍和小炮。蘇軍坦克抓住戰機，襲擊了日軍列車，活捉了1名日軍士兵，通過審訊得知，這是日軍125師團從林口調往牡丹江的1個步兵營，阿尼希克決定趁日軍還沒有弄清蘇軍的情況，快速向樺林車站進攻。
次日早上，蘇軍坦克在排除了沼澤地的干擾後才開上了公路。
此時阿尼希克發現日軍的車隊沿公路開來，蘇軍坦克利用日軍車隊毫無作戰準備，對其進行了猛烈的炮火襲擊，日軍車上運的全是彈藥，引發了巨大的爆炸，接著便燃起了大火。蘇軍坦克在一片爆炸聲中，衝進了樺林車站，車站裡已空無一人。
阿尼希克中校決定繼續向牡丹江進攻，因為這兒離牡丹江大約只有10公里。蘇軍坦克駛過了樺林鎮，在鎮口的兩座小橋上遭遇日軍步兵的頑強狙擊，損失慘重。戰至當晚，257坦克旅只有8輛坦克了。阿尼希克中校決定退出戰鬥，撤到樺林車站。
8輛坦克隱蔽在鐵路兩側。等待戰機。大約1個小時之後，1列日軍列車從牡丹江方向開了過來，蘇軍坦克一排炮彈擊中了日軍列車，整個車站頓時成了一片火海。20分鐘之後，日軍又有1列火車開了過來，由於看到了大火，遠遠地將車剎住了。
蘇軍坦克兵們連續開炮，由於離得較遠，只炸燬了幾節車廂。
車上大批的日軍士兵向坦克包圍過來，他們還從車廂裡推出了幾門反坦克炮，連連向蘇軍坦克射擊，又有2輛坦克中彈起火。
阿尼希克中校此時果斷下令突圍。蘇軍坦克衝出敵陣，開往離車站2公里遠的一個小山包。坦克開到山上，一字排開。日軍連續攻了幾次，都因為地形不利，沒有攻上來。這樣，蘇軍坦克兵們堅持到了14日晨。
天色剛剛發白，日軍又從鐵路上開來了1列軍車，這是日軍調來的1個重炮聯隊，有24門重炮和大量彈藥，企圖將蘇軍坦克一舉摧毀。蘇軍坦克不等火車停住，瞄準車頭開了一炮，正好擊中了機車的鍋爐。車頭和車廂全部出軌傾覆。日軍下了死令，一定要消滅蘇軍坦克。於是，又再次發起了進攻，日軍傷亡慘重，但仍沒有罷手的跡象。
蘇軍援兵終於趕到了。第22步兵師和第300步兵師從公路上衝了過來，衝在前面的20多輛蘇軍坦克槍炮齊鳴，日軍士兵成群地倒下了，活著的發瘋一般地向後逃去。257坦克旅只用1個營的兵力，殲滅和打垮了日軍125師團2個步兵大隊，1個重炮聯隊，1個後勤運輸隊，繳獲1個軍用倉庫，取得了驚人的戰績。更重要的是他們佔領了樺林車站，為主力部隊打通了進攻牡丹江的通道。
挺進市區
日軍在蘇軍前一階段的猛烈打擊下，損兵失地。收縮兵力、待機反撲和抽調華北日軍馳援滿洲的戰略企圖都未能實現。為了調整核心防禦的態勢，遲滯蘇軍紅旗第1集團軍快速突破，在穆稜河至牡丹江一線，聚集了4個全員師、7個軍的直屬部隊，計有15萬人的重兵集團，妄圖固守牡丹江市，阻擋蘇軍的前進，並對蘇軍進攻部隊造成重創。日軍憑藉牡丹江這條天然大河組織了強固的工事，所有接近地上，都構築了鋼筋混凝土永備火力點，並環繞城市建立了兩道防線。每個陣地前沿有寬約3米、深約5米的反坦克壕。壕溝前還設置了地雷場和5列樁鐵絲網。
蘇聯紅軍攻克了密山、綏芬河等地後，於8月13日向牡丹江挺進，東線蘇軍257坦克旅在農民劉玉坤的引導下，全殲四道嶺子日軍，在愛河車站遭日軍頑強阻擊。14日，經過一番艱苦的激戰後，蘇軍進抵掖河（今鐵嶺河）。隨後，自15日晨，攻打掖河的戰鬥拉開戰幕，克雷洛夫的第5集團軍也以3個師的部隊加入了友軍的這場對敵廝殺。到當天日終，掖河被蘇軍攻克，丟盔棄甲的日軍只好收拾殘部再退。這一退，又是50公里，直至牡丹江以西的橫道河子才站穩了腳跟。在這次戰鬥中犧牲了不少的蘇軍戰士。3名蘇軍女戰士駕駛坦克在掖河大橋上撞毀1輛日本軍車，與日本侵略軍同歸於盡。8月15日晨4時許，步兵第26軍首先向牡丹江以西、樺林車站以北的敵人發起攻擊。步兵59軍沿林口至牡丹江邊的通道，從北面向牡丹江進攻。步兵師乘坐汽艇、橡皮船以及臨時搭建的簡便渡橋，在牡丹江以北7公里處的樺樹林子實施搶渡。是役，蘇軍動用了35萬部隊，1200輛汽車，830架飛機，近1萬門火炮。牡丹江是通向關東軍總部所在地長春的門戶，亦是日軍核心防禦的重要樞紐，為此，雙方都投入了大量兵力，將此役視為決定成敗的關鍵。在不到100公里的正面上，雙方作戰部隊達到50萬。
蘇軍300師主力從東線進攻牡丹江。16日凌晨東南線蘇軍65步兵師在第257和77坦克旅的配合下，成功地突破日軍防線，沿乜河挺進牡丹江市區。東北線蘇軍22師從樺林強渡牡丹江，挺進市區。即將對牡丹江形成三面合圍。日軍4個師團、7個直屬團的編制已經被打散了，無法實施有效的指揮。負責防守牡丹江的日軍第5軍司令官清水規矩中將命令守備部隊戰鬥到最後一兵一卒。軍司令部撤至橫道河子，整頓部隊，再行反擊。在撤退前就地銷燬所有的文件、電報、密碼。將隨軍家眷全部屠殺。
戰役的收尾階段臨近了，關東軍的敢死隊出動了。他們是陸地上的“神風特攻隊”，每個人身上系滿炸藥和手榴彈，撲入蘇軍的進攻隊伍中，但求同歸於盡。也有的敢死隊員結幫結隊，在蘇軍坦克的必經之途上組成活的、遊動的反坦克雷場，日軍在牡丹江地區磨刀石車站的反衝擊中，200名系滿地雷的敢死隊員一齊撲向迎面而來的坦克和自行火炮方陣，炸燬蘇軍坦克數十輛。
牡丹江戰役以蘇軍的全勝告終。該役蘇軍解放了牡丹江市及周邊廣大地區，擊斃日本關東軍4萬餘人，全殲了精銳的日軍122、135、126師團，但自身也付出了沉重的代價。牡丹江地區自1932年5月7日被日本帝國主義者侵佔，至此除東寧要塞少數據點仍為日寇小股殘餘盤踞外均宣告光復，牡丹江人民掙脫了長期以來的殖民枷鎖，獲得了新生。牡丹江戰役給予日本關東軍以最後的致命一擊，中國人民的抗日戰爭宣告結束。也宣告了二戰的結束。第二次世界大戰的帷幕在牡丹江徐徐降下。1945年8月15日，日本天皇宣佈無條件投降。
1933年1月10日，日軍關東軍侵入僅有3.5萬人的東寧縣城後，在這裡駐紮了包括步兵、炮兵、騎兵、坦克兵、工程兵等各種兵種數目達10萬之眾，他們還修築了密集的軍事工事。在東寧7000多平方公里的土地上目前共發現6個地下要塞。東寧要塞是亞洲最大的軍事要塞，是第二次世界大戰的最後戰場，有“東方馬其諾防線”之稱。北起綏陽鎮北閻王殿，南至甘河子，正面寬100多公里，縱深50多公里。有飛機場11個，永久性工事400多處，野戰炮陣地45處。每個要塞都配備了大口徑的火炮，並且要塞都是依著面向蘇聯的山坡修築的。其中勳山地下軍事要塞，佔地5萬公頃，與蘇聯僅一河之隔，山勢險峻，地勢開闊，隱蔽性強，是兵家必爭之地。日偽時期，東寧曾屯駐日本關東軍3個師團，計13萬多人。
8月9日零時，蘇聯紅軍在大炮、坦克、飛機的支援下分3路對東寧要塞進攻，日軍以弱對強，戰鬥持續了7天之久。蘇軍以空軍、坦克、步兵聯合攻擊，強行攻破日軍多年苦心經營的東寧要塞，沒有援軍的日軍不得不向吉林方向潰退，一小部分日軍則留在要塞中。8月15日，日本天皇下詔書宣佈投降後，由於蘇軍的猛烈轟炸和日軍的倉惶逃竄，日軍的通訊全部中斷，據守在東寧要塞中的日軍不知道天皇已經投降。蘇軍的轟炸是相當猛烈的，東寧滿山都是1米見方的水泥塊，許多隧道被炸塌了，但仍是無法取得完全勝利。後來蘇軍用飛機將日軍第3軍後勤參謀河野貞夫中佐從牡丹江運來，打著白旗進入東寧要塞，向日軍傳達了天皇的投降詔書，日軍才完全放棄抵抗。
901名日軍於8月28日打著白旗走出要塞。但是，勳山要塞的日本守軍因暗堡沒被發現，沒有投入戰鬥，所以沒有被蘇軍發現。是當地的老百姓上山時發現了日軍，立即報告了蘇軍，蘇軍立即調集飛機、大炮，天上炸，地上轟，到8月30日戰鬥結束。
至此，第二次世界大戰最後一戰在東寧要塞宣告結束。座落在鐵嶺河南山上的坦克紀念碑和虹雲橋南頭的蘇聯紅軍烈士紀念碑，就是牡丹江市人民對為解放牡丹江而英勇獻身的蘇聯紅軍烈士的深切懷念和敬仰。
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