Итогом Минской наступательной операции стало освобождение столицы БССР - Минска и выход советских войск на границы прибалтийских республик. 5 июля началась Вильнюсская наступательная операция, ставившая своими целями освобождение Литовской ССР и выход к Восточной Пруссии.
После разгрома под Минском остатки немецкой группы армий "Центр" отходили на оборонительный рубеж Даугавпилс — Вильнюс — Лида, с целью недопущения выхода советских войск к Балтийскому морю. Вильнюс играл в этой задаче ключевую роль, являясь крупным узлом коммуникаций и последним укрепрайоном перед Восточной Пруссией. Гарнизон города насчитывал до 15 тысяч солдат и офицеров, а также разнообразные отступающие силы. Было сосредоточено 320 артиллерийских орудий, десятки танков, сотни пулемётов.
Командование Красной Армии поручило освобождение Литвы 3-му Белорусскому фронту в составе 5, 31-й и 11-й гвардейской армий, 5-й гвардейской танковой армии, 3-й гвардейского механизированного, 3-й гвардейского кавалерийского и 2-й гвардейского танкового корпусов. В их составе имелось более 300 тысяч человек, более 7800 орудий и миномётов, более 700 танков.
7 июля передовые части Ротмистрова и Обухова подошли к городу и начали постепенное его окружение. 9 июля части 5-й гвардейской танковой армии и 3-го механизированного корпуса во взаимодействии с соединениями 5-й армии окружили Вильнюс и начали бои на улицах города. Противник, усиленный воздушным десантом, высаженным 10 июля в районе леса Погрудас (что в 6 км западнее города), безуспешно пытался прорвать кольцо окружения.
10 июля советские части освободили всю северную часть Вильнюса и вступили в Старый город. На башне Гедимина было поднято красное знамя. В тяжёлых боях 12 июля германские войска были выдавлены из центра города на западные окраины. Основная группировка была рассечена на две части. Одна была прижата к реке Вилии в районе Лукишкес, другая — в районе парка Вингис. Вечером 12 июля генерал Штагель отдал приказ остаткам своих частей в 21 час оставить город, форсировать Вилию и отступать в северо-западном направление и сам с группой офицеров оставил Вильнюс.
После штурма последних очагов сопротивления 13 июля 1944 года Вильнюс был полностью освобождён. В боях за город было уничтожено около 8000 и взято в плен около 5000 германских солдат и офицеров, захвачено 156 орудий, много танков, автомашин и другой военной техники, оружие и боеприпасы.
В результате Вильнюсской операции были созданы условия для выхода войск Третьего Белорусского фронта к границам Восточной Пруссии. Двадцать наиболее отличившихся в боях частей и соединений фронта удостоены почётного наименования «Виленский».