Ngày 28 tháng 7, toàn bộ Phương diện quân Byelorussia 3 đồng loạt nổ súng tiến công và đến cuối ngày 29 quân đội Liên Xô đã đột phá sâu 5–17 cây số. Đến ngày 30 tháng 7, các phòng tuyến của Đức tại sông Nieman lần lượt sụp đổ. Quân đoàn xe tăng cận vệ số 2 thuộc tập đoàn quân số 33 được tung vào cửa đột phá và nhanh chóng tiến thẳng đến Vilkaviškis đe dọa bao vây quân Đức tại Kaunas. Trước nguy cơ bị hợp vây, quân Đức buộc phải tổ chức rút lui khỏi thành phố. Tận dụng thành quả của quân đoàn xe tăng, tập đoàn quân số 33 lập tức tấn công và giải phóng thành phố Vilkaviškis vào ngày 31 tháng 7, đánh chiếm nhà ga xe lửa tại Mariampolė (Marijampole) cùng ngày. Trong khi đó, tập đoàn quân số 5 đột phá vào nội đô Kaunasa và đến sáng ngày 1 tháng 8 đã giải phóng thành phố này. Tổng cộng cho đến đầu tháng 8 Phương diện quân Byelorussia 3 đã đột phá sâu 50 cây số, mở rộng cửa đột phá đến 230 cây số và giải phóng hơn 900 làng mạc, thành phố, thị trấn.

Tuy nhiên, càng tiến gần đến Đông Phổ, sức kháng cự của quân Đức càng tăng lên, gây nhiều thiệt hại cho các mũi tấn công Liên Xô. Tuyến tiếp tế bị kéo dài, đạn dược cạn dần, thương vong càng lúc càng tăng buộc Phương diện quân phải ngừng các cuộc tấn công. Đồng thời, quân Đức tại khu vực bắt đầu kéo quân tăng viện tới và tổ chức phản công. Từ ngày 9 tháng 8, các sư đoàn bộ binh số 1, sư đoàn thiết giáp số 5 và sư đoàn thiết giáp xung kích "Đại Đức" đã tổ chức phản kích mạnh ở phía Tây và Tây Nam Kaunas, tại một số khu vực đã đẩy lui tập đoàn quân số 33 (Liên Xô). Vào giữa tháng 8, một trung đoàn của quân đội Liên Xô bị tấn công và bao vây tại gần Raseiniai, tuy nhiên quân đội Liên Xô đã phá vây thành công. Sau nhiều ngày kịch chiến, cuối cùng quân đội Liên Xô đã đánh bại các cuộc phản kích của quân Đức, tiến sâu thêm 30-50 cây số và dần dần tiếp cận tuyến phía Tây Raseiniai và Kybartai - Suwałki, chỉ còn cách biên giới Đông Phổ vài cây số. Sự hiện diện của quân đội Liên Xô gần Đông Phổ đã gây ra tình trạng hỗn loạn ở khu vực này. Người đứng đầu Đảng ủy Đảng phát xít ở Đông Phổ là Erich Koch đã cố trấn an người dân tuy nhiên ông ta vẫn không ngăn được việc người dân bắt đầu tìm cách chạy trốn khỏi Đông Phổ.

Dù vậy, ngày 29 tháng 8, trước việc Phương diện quân Byelorussia 3 đã hao tổn nhiều sau các chiến dịch tấn công liên tục, Đại bản doanh đã ban hành chỉ thị yêu cầu Phương diện quân chuyển sang phòng ngự để nghỉ ngơi, củng cố và bổ sung binh lực chuẩn bị cho các cuộc tiến công sắp tới. Đến đây nhiệm vụ của Phương diện quân Byelorussia 3 trong chiến dịch Bagration đã kết thúc.