23 августа 18-й танковый корпус вышел в район Хуши, 7-й механизированный — к переправам через Прут в районе Леушены, а 4-й гвардейский механизированный — к Леово. Оперативное окружение кишиневской группировки противника было завершено.

В тот же день 46-я армия генерала И.Т. Шлемина во взаимодействии с Дунайской флотилией закончила окружение 3-й румынской армии, которая на следующий день прекратила сопротивление. Группа «Думитреску» перестала существовать. 6-я армия перешла в непосредственное подчинение командования группы армий «Южная Украина». Армии была поставлена задача скорее перебросить войска через Прут и организовать оборону на его западном берегу. Но эти попытки были тщетными, фронт рухнул, войсками никто не управлял: «…не существовало уже ни штабов, ни тылов, ни специальных небоевых подразделений; все, от генерала до штабного писаря, превратились в обычных бойцов».

В 20 часов 30 минут 23 августа германскому командованию стало известно о крупнейших политических изменениях в Румынии и падении правительства Антонеску. Положение немецких войск коренным образом изменилось. Через три часа было принято решение, санкционированное Гитлером, об отходе кратчайшим путем в Карпаты. Но и эта задача оказалась невыполнима.

24 августа 5-я ударная армия генерала Н.Э. Берзарина освободила Кишинев. 25 августа было завершено создание внутреннего фронта окружения ясско-кишиневской группировки противника. В гигантском «котле» оказались 18 из 25 немецких дивизий. Почти все находившиеся на фронте румынские соединения к этому времени были разгромлены.

Таким образом, на пятый день операции было достигнуто окружение главных сил группы армий «Южная Украина». Войска, действовавшие на внешнем фронте, заняли города Роман, Бакэу, Бырлад и подошли к городу Текуч. Между внутренним и внешним фронтами окружения образовалась полоса глубиной 100–120 км. Тем самым создавались благоприятные условия для ликвидации окруженной группировки и стремительного наступления советских войск в глубь румынской территории. Эти задачи решались уже в новых военно-политических условиях.

Советское командование, выделив 34 дивизии, один танковый и два механизированных корпуса для ликвидации окруженной группировки, остальные силы 2-го и 3-го Украинских фронтов, в том числе 6-ю танковую армию, нацелило в глубь Румынии. В развитии наступления на внешнем фронте главная роль отводилась войскам Малиновского.

К исходу 27 августа окруженная восточнее Прута группировка перестала существовать. Вскоре была уничтожена и та часть войск, которой удалось переправиться на западный берег Прута с намерением пробиться к Карпатским перевалам. Противник потерпел сокрушительное поражение. Из 25 немецких соединений 18 были ликвидированы, две дивизии 17-го армейского корпуса отошли в полном составе. Удалось уйти также разбитым частям трех пехотных дивизий и остаткам 1-й танковой и 10-й моторизованной. Командование группы армий «Южная Украина» констатировало, что корпуса и дивизии 6-й армии должны рассматриваться как окончательно потерянные и что этот разгром представляет собой самую большую катастрофу из тех, которые когда-либо переживала группа армий.

В это время войска 2-го Украинского фронта развивали успех в сторону Северной Трансильвании и на фокшанском направлении, выходя на подступы к Плоешти и Бухаресту. Соединения 46-й армии 3-го Украинского фронта во взаимодействии с Черноморским флотом вели наступление на приморском направлении.

Германское командование предпринимало попытки задержать советские войска, выиграть время, чтобы восстановить фронт. В директиве ОКВ от 26 августа перед генералом Фриснером ставилась задача создать и удержать оборону на линии Восточные Карпаты, Фокшаны, Галац, хотя для этого у группы армий не было ни сил, ни средств. К Карпатам отступали шесть сильно потрепанных дивизий 8-й армии. На венгерско-румынской границе находились 29 венгерских батальонов, которые действовали в основном перед правым крылом и центром 2-го Украинского фронта. Перед левым его крылом и 3-м Украинским фронтом оборонялись остатки отступавших с фронта соединений, а также тыловые части группы армий «Южная Украина» и отдельные немецкие гарнизоны.

Упорное сопротивление противник оказал на подступах к Восточным Карпатам. Сосредоточенные здесь остатки немецких дивизий и венгерские батальоны вели бои, используя выгодную для обороны горно-лесистую местность. Однако наступавшие на этом направлении 7-я гвардейская, 40-я армия генерала Жмаченко и конно-механизированная группа Горшкова сумели отбросить противника и преодолеть Восточные Карпаты.

Успешно развивалось наступление войск левого крыла 2-го Украинского фронта, включавшего 27-ю, 53-ю, 6-ю танковую армии и 18-й танковый корпус. Эти войска при активной поддержке авиации сокрушали отдельные очаги сопротивления и быстро продвигались на юг. Танковая армия преодолела фокшанский укрепленный рубеж и 26 августа заняла Фокшаны. На следующий день она подошла к городу Бузэу, овладение которым открывало дорогу на Плоешти и Бухарест.

Войска Толбухина, наступая на юг по обоим берегам Дуная, отрезали пути отхода разбитым войскам противника к Бухаресту. Дунайская флотилия и Черноморский флот, содействуя наступлению сухопутных войск, обеспечивали переправы через Дунай, высаживали десанты, наносили удары морской авиацией.

К 29 августа были заняты города Тулча, Галац, Констанца, Сулина и другие.

Таким образом, фронты генералов Малиновского и Толбухина успешно осуществили Ясско-Кишиневскую операцию, в исключительно короткий срок окружили и уничтожили крупнейшую группировку противника. В ходе боев с 20 августа по 3 сентября советские войска разгромили и уничтожили 22 немецкие и почти все находившиеся на фронте румынские дивизии. Было взято в плен 106 тысяч немецких солдат и офицеров, в том числе 25 генералов и огромное количество боевой техники. Противник понес настолько большой урон, что для восстановления сплошного фронта ему потребовалось около месяца.

Ясско-Кишиневская операция — одна из крупнейших и выдающихся по своему стратегическому и военно-политическому значению операций советских Вооруженных Сил. Столь масштабное и решительное поражение привело к краху немецкой обороны на южном крыле советско-германского фронта, изменило всю военно-политическую обстановку на Балканах. Румыния вышла из войны на стороне Германии и 24 августа объявила ей войну.

Потери советских войск за десять дней боев составили 13 197 человек убитыми и 53 933 ранеными, 75 танков и САУ, 111 самолетов.

Еще в июне 1944 года на секретном совещании представителей дворцовых кругов, армии, национальных и коммунистической партий был образован военный комитет, взявший курс на подготовку вооруженного восстания, свержение правительства Антонеску и вывод Румынии из войны на стороне держав Оси. Начало восстания было намечено на 26 августа, однако бурное развитие событий на фронте ускорило выступление. Вечером 23 августа по приказу короля Михая маршал Антонеску был арестован в королевском дворце в Бухаресте и вместе со своими министрами посажен под арест на конспиративной квартире ЦК КПР. Части гарнизона получили приказ занять и защищать государственные учреждения, центральную телефонную станцию, телеграф, радиостанцию и другие важные объекты, прервать связь между германскими учреждениями и воинскими частями и воспрепятствовать их передвижению.