Una vez que el nuevo gobierno llegó al poder, Bulgaria firmó el armisticio con los Aliados, y declaró la guerra a la Alemania nazi.

Estos movimientos facilitaron la llegada del 1.º Ejército Partisano desde territorio yugoslavo, con el fin de prestar apoyo a sus cuerpos 13.º y 14.º, colaborando en la liberación de Niš, primero, y dando soporte al avance sobre Belgrado del 57.º Ejército Soviético, después.

El 46.º Ejército del 2.º Frente Ucraniano se desplegó en la zona del río Teregova, en Rumanía, con objeto de cortar la conexión ferroviaria entre Belgrado y Hungría al norte de Vršac.

Las operaciones previas fueron coordinadas entre los soviéticos y el comandante en jefe de los partisanos yugoslavos, el mariscal Tito.

Durante este encuentro, Tito concedió a los soviéticos la autorización para instalarse en el noroeste del país, con el compromiso de abandonarlo una vez finalizadas las operaciones.

Para ello, llevó a cabo ataques aéreos contra los puentes del ferrocarril y otras instalaciones importantes en las áreas de Niš, Skopie, y Kruševo desde el 15 hasta el 21 de septiembre.

[18]​ Las operaciones comenzaron en el flanco sur del Frente, con la ofensiva del 2.º Ejército Búlgaro en el área de Leskovac-Niš, que casi inmediatamente enfrentó a la 7.ª División de Montaña SS Prinz Eugen, forzando su retirada.

[19]​ Dos días más tarde, el 1.º Ejército Partisano derrotó a una fuerza combinada de chetniks serbios y Guardias del Estado, ocupando Vlasotince.

El 17 de octubre las principales unidades del Ejército búlgaro llegaron a Kuršumlija, continuando hacia Kuršumlijska Banja.

La historiografía sobre la operación destaca que el comandante soviético, Vladimir Zhdanov se vio sorprendido por el potencial del contingente yugoslavo, de cuya magnitud no había sido bien informado.

[28]​ Los yugoslavos avanzaron a lo largo de las carreteras en dirección a Belgrado al sur del río Sava, mientras que el Ejército Rojo participó en los combates del flanco norte de la capital serbia.

El 20 de octubre, Belgrado había sido completamente liberada por las fuerzas conjuntas yugoslavas y soviéticas.

Por su parte, el 3.º Frente Ucraniano irrumpió en Kraljevo y finalmente cortaron la carretera de Tesalónica a Belgrado.

Tras la ofensiva de Belgrado, los partisanos continuaron la liberación de Yugoslavia, y para final del año, la mitad occidental del país (Serbia, Macedonia, Montenegro y Dalmacia) había sido liberada completamente.

Asimismo, cada 20 de octubre se conmemora en la ciudad el aniversario del hecho.

Entre los fallecidos se encontraban Vladimir Zhdanov, general del Ejército Rojo que participó en la liberación de Belgrado y Serguéi Biriuzov, jefe de Estado Mayor del ejército soviético.