在梅列茨科夫的兵力配置中，第三十五集团军、第二十五集团军被作为辅攻部队，它们一个在主攻部队的北侧，一个在主攻部队的南侧，用于保护主攻部队也就是突击集团的侧翼。
8月9日凌晨1点，在第三十五集团军的进攻地段内，苏联边防军率先展开行动。边防官兵们乘坐着消音汽艇和小船，在渡过乌苏里江和松阿察河之后，袭击了日军国境哨所。到凌晨两点，整个边境线都已掌握在苏联边防军手中，
与此同时，经过十五分钟的炮兵急袭射击，集团军主力的第一梯队对松阿察河展开抢渡。
渡过河并不难，难的是上岸。松阿察河对岸是开阔的沼泽地，只有绕薄藤条的柞树和槭树林遮蔽着这片不毛之地。在突击集团的进攻地段内，9日当天才下雨，但松阿察河一带已经连下了三天大雨。大雨不仅淹没了小路，而且灌满了松阿察河的整个河谷，这使得沼泽地之外再也找不到一条可以用来行军的道路。
学习红旗第一集团军是唯一的办法。集团军指挥部立即从第一梯队中抽调四个工程兵营和五个步兵营，用于开辟急造军路。
在开路的同时，集团军炮兵对预计要攻克的虎头要塞进行射击，航空部队也出动战机对要塞内的工事轰炸了足足两个小时。
第二十五集团军的动手时间更早。8月9日零点，他们即对东宁要塞的日军观察哨发动突袭，随后以坦克旅为先遣队向前推进。
最先遭到攻击的日军观察哨几乎瞬间就被摧毁，其余日军在遭到损失后也都奉令后撤。
到8月9日中午为止，由于很多防御要点与后方的联系被苏军迅速切断，日军的各级指挥官纷纷陷入混乱。东宁一带系由关东军第三军防守，但在中午之前，军司令部仍不知道边境线上究竟发生了什么，也弄不清楚各部队的所在位置。这种状况使得指挥官们无法从最初的震惊中恢复过来，更做不到在接下来的战斗中有效应对苏军的进攻。
第五军负责东部大部分地区的防御，除了东宁外，其他三个区域遭到攻击的部队都隶属于第五军。军司令官清水在上午接到了电话报告，报告中说边境地区战斗激烈，而且苏军正在猛攻虎头要塞。
在向方面军进行汇报后，清水召开了由集团军参谋长和师团长共同出席的会议。他在会议上告诉部下，第五军正在组织炮火反击，但是“他们（苏军）的步兵好像已突破边境”。
火力密度
清水这时才想到应该怎么办。第五军的防御计划以确保关东军第一方面军司令部所在地牡丹江市为核心。这个“满洲国”东部唯一的中心城市，不仅是日军从东面掩护哈尔滨方向的防御屏障，同时也是重要的交通枢纽和日军预备队的集结地。从战略意义上来说，牡丹江是苏军从东部进入中国东北腹地的第一关。
第五军事先在牡丹江前面设置了三道防线。第一道防线为边境筑垒地域，绥芬河要塞、虎头要塞、东宁要塞即在其中。在第一道防线的穆棱河以西高地上，日军构筑了野战工事，此为第二道防线。第一道防线再往后，即为以牡丹江为中心的第三道防线。
现在清水希望首先通过第一道防线延缓乃至挫败苏军的推进，为关东军总司令部调动机动部队实施反击争取时间。会议一结束，与会的各师团长就赶紧通过电话，将作战命令传达给所属师团的作战参谋，然后自己也离开军司令部，到前线进行指挥。
这时在第一道防线上，绥芬河要塞虽然已在观月台段被打开缺口，但也仍可以起到牵制苏军的作用——第五集团军在继续往纵深推进的同时，不得不留下部分兵力，以彻底肃清要塞的其他抵抗枢纽部及其支撑点。
梅列茨科夫认为，当需要攻克非常关键的筑垒地域时，必须不惜工本，否则就难以取得战斗的胜利。对处于主要突击方向的第五集团军，他在兵力和火力上都给予了特别的加强和倾斜，并要求在突破地段高度集中军队和技术兵器。
第五集团军编成内的步兵有4个步兵军，12个步兵师。特种部队包括5个坦克旅，6个重型自行火炮旅，22个炮兵旅，4个工兵旅，1个防空师和大量其他特种支援部队。全集团军总计拥有692辆坦克和自行火炮，2945门火炮和迫击炮，432门喀秋莎火箭炮。这里面，仅火炮数量就接近于方面军火炮总数的一半。
集团军由此在各个突破地段都可以形成相当大的密度：每个师总共只在三公里宽的地带段内发动进攻；炮兵密度可达到每公里正面不少于200门，个别地段250门，在山地条件下，这样大的火力密度在整个二战中都是空前的。
喀秋莎火箭炮，又称卡秋莎多管火箭炮，二战中带有传奇色彩的苏军技术兵器。它的射击火力凶猛，杀伤范围大，轰炸范围可以达到00平方米。
实战时，集团军为步兵部队的团、师、军都配属了重型火炮和火箭炮，用以组成炮兵摧毁群，以“软化”坚固防御点。每个步兵军还额外配属有一个炮兵摧毁群和长射程炮兵群，后者用以对纵深目标进行火力覆盖和打击。
远东航空军各有配属，配属给远东第一方面军的是第九航空集团军，梅列茨科夫命令他们集中为第五集团军提供空中支援。在“软化”的同时，第九航空集团军出动轰炸机一千六百多架次，在强击机群的掩护下，对要塞进行了四轮毁灭性轰炸。
苏军虽然也强调旺盛的斗志，但它不同于日本陆军的重要一面，是在任何情况下，都把有效使用武器看成是作战的根本原则。在反复“软化”和飞机轰炸下，绥芬河要塞被削去大约十几米厚的土层，钢筋水泥地堡近三米厚的四壁也被炮弹炸开。后来有日军军官形容这种协同作战的威力：“它使人有一种感觉，就好像沉重的压路机在隆隆声中冲破一切向前推进一样。”
火力准备结束后，按照常规判断，日军支撑点应该已遭到完全摧毁，但永备工事的牢度以及日军抵抗的顽强程度，仍大大出乎苏军的意料之外——当坦克和步兵冲到火力点附近时，才发现火力点里的日军仍有抵抗能力。
原因是这一火力点的地面阵地虽然已被摧毁，但是日军仍可以集中到地下工事继续作战。这些地下工事的顶盖全是清一色的钢帽盖，也就是用钢铁铸成的顶盖，所以此类地下工事又称钢帽堡。炮弹落到钢帽堡上，往往只能在表面上炸出一个小坑，下面完好无损。
逐一攻坚是解决问题的唯一途径。步兵七十二军的某加强步兵连奉命封锁并消灭其中的一个永备火力点。该连配属了一辆自行火炮和一个工兵排，连长命令自行火炮向钢帽堡及其出入口开火，炮弹准确命中地堡，但未能击毁目标。
而后趁日军实施射击的短暂间隙，工兵冲上火力点，用沙袋堵住了地堡的射孔，开始进行爆破。
第一次在钢帽盖的中央爆炸了二百五十公斤炸药，未能收到预期效果。原因是钢帽盖上面有近两米厚的土层，能够承受这种打击。
第二次装药量加到五百公斤，钢帽盖终于被炸毁。
可是苏军仍然冲不进去。为此又埋放了三个重量各为五百公斤的炸药包：地堡底层入口处放两包，剩下一包放在顶部。
炸药炸开了缺口，苏军冲进火力点，消灭了顶层残存的日军。
令人震惊的是，底层还在向外开火，而且没有人主动投降！
瓦西里的壮举
苏军相信，守卫绥芬河要塞的日军都是从“深受反苏教育的最反动、最狂热的官兵”中挑选的。否则的话，无法解释他们为什么在如此绝境下都不肯举手投降。
无奈之下，苏军加强连只得在工事内的弹药库上面又放了四百公斤的炸药包。这次爆炸才彻底摧毁了火力点，消灭了里面的守军。
经过三天的连续攻坚，要塞的抵抗枢纽部和支撑点越来越少，最后只剩下了天长山阵地。
天长山阵地是绥芬河抵抗枢纽部的主支撑点。山上有各种形状的永固堡垒近一百余座，这些堡垒基本都是半地下结构，混凝土的厚度均在一米以上，有的达到一点五米厚。如果用一般小口径火炮进行射击，炮弹落在上面只会留下一个白点，足见其坚固程度。
天长山上只有第二七一联队第三大队的三百名士兵和二百名退伍兵，外加一百五十名逃难的日本平民。尽管人很少，但他们依靠坚固的堡垒以及一门榴弹炮，不但守住了阵地，还给前来围攻的苏军造成了很大伤亡。
苏军希望减少损失，于是决定派人上山与守敌进行谈判，让他们放下武器。当时苏军已占领绥芬河并在当地设立登记处，对俄侨进行登记。登记处的军官询问谁会说日俄两种语言，众人便推荐了一个叫嘎丽娅的姑娘。
据说这是嘎丽娅仅存于世的一张照片，左边是她的哥哥张树列。有学者认为，嘎丽娅是二战期间亚洲战场上出现的唯一一位非军人女性和平使者。
嘎丽娅出生在绥芬河，她的父亲是中国人，母亲是白俄后裔。嘎丽娅上学的时候，正值伪满统治时期，学校里都教习日语，因此嘎丽娅会说中、俄、日三国语言。
嘎丽娅由苏军军官陪同，前后三上天长山，为双方担任翻译。在前两次谈判中，日军本已答应放下武器投降，但第三次谈判的时候突然翻脸，苏军军官被打死，嘎丽娅也被扣押关在了地下仓库里，后又遭到杀害。
