Trong ngày 28 tháng 6, nhận thấy mặt trận Byelorussia phát triển thuận lợi, STAVKA chỉ đạo các Phương diện quân phải tiến xa hơn về phía Tây. Đây là giai đoạn phát huy chiến quả của chiến dịch Byelorussia và phạm vi lan rộng ra lãnh thổ các nước cộng hoà vùng Baltic và Ba Lan. Giai đoạn này bắt đầu khi túi Đông Minks đã được thắt, việc thanh toán túi được giao cho Phương diện quân Byelorussia 2 còn và Phương diện quân Byelorussia 1 và 3 bắt tay ngay vào việc truy kích đối phương rút chạy. Như thế, giai đoạn này có thể được coi là bắt đầu khoảng ngày 5 tháng 7 và hoàn thành vào ngày 29 tháng 8 năm 1944.

Ngày 28 tháng 6, Thống chế Walter Model được bổ nhiệm thay thế Ernst Busch làm Tư lệnh của Cụm Tập đoàn quân Trung tâm. Sau khi mặt trận Byelorussia sụp đổ, Model tổ chức mới Tập đoàn quân số 2 và số 4 bao gồm Sư đoàn Thiết giáp 7 được điều tăng viện từ mặt trận Ukraina cộng với tàn quân của Tập đoàn quân 4, 9, Thiết giáp 3[88] để lập tuyến đứng chân theo trục Vilnius - Lida - Baranovichi [Gc 35].

Mặc dù lúc này Hồng quân cũng đã tiêu hao nhưng vẫn còn sức chiến đấu so với đối phương đã mất ý chí. Vì thế, các Phương diện quân tranh thủ cơ hội tổ chức tiếp 5 chiến dịch liên hoàn ở Šiauliai, Vilnius, Kaunas, Belostok-Osovets và Lublin-Brest, phá vỡ ý đồ phòng ngự của Quân đội Đức Quốc xã, chiếm bàn đạp cho các chiến dịch sau.

Chiến dịch Šiauliai

Cuối tháng 6, các đơn vị tiền phương của Phương diện quân Baltic đã có mặt ở sông Duyna và truy kích tàn quân của Tập đoàn quân Thiết giáp 3 về hướng Kaunas. Lúc này, 2 Quân đoàn của Cụm Tập đoàn quân Bắc trấn giữ hành lang nối Cụm Tập đoàn quân Bắc và Trung tâm đã chống trả dữ dội, ngăn bước tiến của Phương diện quân Baltic 1. Đến ngày 14 tháng 7, nhận thêm 2 Tập đoàn quân trong lực lượng dự bị của STAVKA và Quân đoàn Cơ giới hoá Cận vệ số 3 từ Phương diện quân Belorussia 3, Phương diện quân Baltic 1 đổi hướng tấn công về Šiauliai, một thành phố của Litva. Đến ngày 22 tháng 7, Phương diện quân chiếm Panevežys, một nút giao thông quan trọng và đến ngày 27 thì giải phóng Šiauliai. Không dừng lại ở đó, Phương diện quân tiếp tục tiến công và đến ngày 30 tháng 7 thì tới bờ vịnh Riga, cắt đứt Cụm Tập đoàn quân Bắc khỏi Cụm Tập đoàn quân Trung tâm.

Giữa tháng 8, Quân đội Đức Quốc xã sử dụng các sư đoàn thiết giáp tăng viện mở 2 cuộc phản công Doppelkopf và Cäsar để lấy lại tuyến liên lạc giữa 2 Cụm Tập đoàn quân. Mặc dù tạm thời đẩy lui Hồng quân khỏi Riga và mở được một hành lang hẹp giữa hai Cụm Tập đoàn quân, nhưng mọi nỗ lực lấy lại nút giao thông Šiauliai đều thất bại khi Phương diện quân Baltic 1 kịp thời thiết lập một đai phòng ngự chiều sâu vững chắc bên ngoài thành phố[89].

Chiến dịch Vilnius

Chiến dịch Vilnius do Phương diện quân Belorussia 3 tiến hành với mục tiêu là hoàn tất những gì mà chiến dịch Minsk còn dang dở: tiêu diệt tàn binh của Tập đoàn quân Thiết giáp 3 và Tập đoàn quân 4 của Quân đội Đức Quốc xã. Lúc này, tàn quân của Tập đoàn quân 4 cùng với sư đoàn thiết giáp 5 tổ chức tử thủ Molodechno, điểm nút của nhiều tuyến đường ray quan trọng, án ngữ đường tới Vilnius. Ngày 5 tháng 7, Tập đoàn quân Cận vệ 11, Tập đoàn quân Xe tăng Cận vệ 5 và Quân đoàn kỵ binh Cận vệ 3 đã lấy được thành phố. Quân Đức tiếp tục triệt thoái về phía Vilnius và Phương diện quân Belorussia 3 truy kích sát nút. Ngày 7 tháng 7, thành phố bị bao vây. Ngày hôm sau, cùng với Tập đoàn quân Ba Lan Armia Krajowa, các đơn vị của Phương diện quân bắt đầu cuộc chiến đường phố để thanh toán túi. Sau một trận đánh kéo dài 4 ngày, vào ngày 12 tháng 7 Hồng quân bất ngờ bị Sư đoàn Thiết giáp 6 tập kích từ phía Tây, để 3'000 quân chạy thoát trước khi kịp hàn vòng vây[90]. Tuy nhiên, khi thành phố giải phóng vào ngày hôm sau thì phần lớn quân phòng thủ, khoảng 12'000-13'000 quân[91] đã bị tiêu diệt.

Chiến dịch Kaunas

Ðầu tháng 7, nhận được lệnh của STAVKA phát triển về hướng Tây, Phương diện quân Byelorussia 3 chuyển Quân đoàn Cơ giới hoá Cận vệ 3 cho Phương diện quân Baltic 1 và nhận lại Tập đoàn quân 39 đang ở gần Kaunas. Do Kaunas là bình phong che mặt Đông Phổ, nên hướng này được tập trung phòng ngự bởi Tập đoàn quân Thiết giáp 3 và Tập đoàn quân 4 mới được tổ chức lại của Cụm Tập đoàn quân Trung tâm. Đối mặt với một lực lượng mạnh, nên chỉ sau khi đã hoàn thành mục tiêu Vilnius, Phương diện quân Byelorussia 3 mới tập trung đủ quân lực cho mục tiêu này. Ngày 28 tháng 7, toàn bộ Phương diện quân bước vào tấn công và sau 2 ngày đã đột phá thành công tuyến phòng thủ theo hướng ra sông Neman. Quân đoàn Xe tăng Cận vệ 2 được đưa vào cửa mở, nhanh chóng vận động về phía Vilkaviškis đe dọa bao vây Kaunas, buộc quân đội Ðức Quốc xã đang phòng thủ phải rút lui. Sáng ngày 1 tháng 8, Kaunas được giải phóng.

Trong suốt tháng Tám, Phương diện quân Byelorussia 3 đánh lui các cuộc phản công ngắn của Tập đoàn quân Thiết giáp 3, đồng thời tiến đến biên giới Đông Phổ dọc theo tuyến Kybartai - Suwałki trước khi chuyển sang phòng ngự để chỉnh đốn và bổ sung quân lực.

Chiến dịch Belostock-Osovets

Khi việc thanh toán túi Đông Minsk đang sắp xong, Phương diện quân Byelorussia 2 để Tập đoàn quân 49 ở lại và chuyển Tập đoàn quân 50 sang mục tiêu Grodno, án ngữ đường tới Belostock. Ngày 16 tháng 7, Tập đoàn quân 50 chiếm được Grodno từ tay tàn quân của Tập đoàn quân số 4 Đức Quốc xã. Vào lúc này, Sư đoàn Thiết giáp 19 mới được điều đến đã phản công, tìm cách chặn trục giao thông Grodno-Belostok. Với sự phối hợp của Quân đoàn kỵ binh cơ giới 3, Tập đoàn quân 50 đã đẩy lui cuộc phản công, găm giữ lực lượng Đức Quốc xã để Tập đoàn quân 3 thuộc Phương diện quân Byelorussia 1 tiến quân đến Belostock và giải phóng thành phố vào ngày 27 tháng 7.

Ngay sau khi chiến dịch Belostock kết thúc, Phương diện quân Byelorussia 2 tiến công tiếp thành phố Osovets (Osowiec Twierdza) nằm trên một trong những phụ lưu của sông Narev. Hệ thống phức hợp pháo đài lớn tại đây là một trong những chốt chặn án ngữ con đường tiến vào các khu đầm lầy của Đông Phổ. Vào ngày 14 tháng 8, sau một trận oanh kích dữ dội của Không quân, các đơn vị của Phương diện quân đã đột nhập thành công và chiếm được thành phố.

Chiến dịch Lublin-Brest

Chiến dịch Lublin-Brest do cánh trái của Phương diện quân Byelorussia 1 thực hiện, kéo dài từ ngày 18 tháng 7 đến 2 tháng 8, với mục đích khai thác chiến quả của chiến dịch Bagration theo hướng Tây Ba Lan và sông Wisla, đồng thời hỗ trợ cho mũi tấn công của Phương diện quân Ukraina 1. Ngày 18 tháng 7, cả năm Tập đoàn quân đồng loạt nổ súng, chỉ sau vài giờ đã đột phá xong phòng tuyến của Tập đoàn quân Thiết giáp 4 thuộc Cụm Tập đoàn quân Bắc Ukraina, tạo điều kiện cho lực lượng cơ động tham chiến. Ngày 21 tháng 7, Tập đoàn quân Cận vệ 8 và Tập đoàn quân 47 tiến tới bờ sông Tây Bug. Hôm sau Tập đoàn quân Xe tăng 2 bắt đầu hành tiến về Lublin và sông Wisla, trong khi Quân đoàn Xe tăng 11 và Quân đoàn Kỵ binh Cận vệ 2 vu hồi Siedlce ở Tây Bắc, cắt đường rút của lực lượng Ðức phòng thủ Brest và Bialystok.[92] Lublin được giải phóng ngày 24 tháng 7, còn Brest vào ngày 28 tháng 7.

Ngày 25 tháng 7, Tập đoàn quân Cận vệ 8 và Tập đoàn quân xe tăng 2 tiến tới bờ phải Wisla[92], và ngày 2 tháng 8 các đơn vị cánh phải của Phương diện quân Byelorussia 1 chiếm được các bàn đạp vượt sông ở Magnuszew và Pulawy. Trước đó, vào ngày 28 tháng 7, Tập đoàn quân xe tăng 2 chạm trán với Sư đoàn bộ binh 73 và Sư đoàn thiết giáp SS Hermann Goering của Đức và bắt đầu một cuộc chiến nhằm đoạt lấy con đường dẫn vào Warszawa ở phía Đông. Ngày 29 tháng 7, Tập đoàn quân xe tăng 2 tung Quân đoàn xe tăng Cận vệ 8 và Quân đoàn xe tăng 3 lên phía Đông Bắc Warszawa nhằm mở một mũi vu hồi ở đây, trong khi đó Quân đoàn xe tăng 16 tấn công từ phía Đông Nam. Mũi tiến công của Quân đoàn xe tăng Cận vệ 8 tiến sát tới thủ đô Ba Lan (chỉ còn cách 20 cây số) nhưng các đợt phản kích quyết liệt của quân Đức khiến đà tấn công của Hồng quân bị chững lại. Ngày 2 và 3 tháng 8, Sư đoàn thiết giáp số 4 và Sư đoàn thiết giáp SS Viking của Đức cũng được tung vào mặt trận. Tập đoàn quân xe tăng 2 đã phải chiến đấu quyết liệt suốt nhiều ngày, liên tục đánh lui các đợt phản kích của quân Đức cho đến khi Tập đoàn quân 47 kịp thời tham chiến (5 tháng 8) và ổn định mặt trận. Tuy nhiên sau một thời gian dài chiến đấu, lực lượng đã bị tiêu hao nên Hồng quân đã chuyển sang phòng ngự để nghỉ ngơi, củng cố và bổ sung lực lượng.[92]