战役第一阶段(9月14～27日)，波罗的海沿岸第3、2、1方面军实施了里加战役，在战役过程中进抵距里加25～60公里处德军“锡古尔达”坚固防御地区。由于德军在该防御地区进行激烈抵抗，最高统帅部大本营为尽快切断德军波罗的海沿岸集团与东普鲁士的联系，于1944年9月24日决定将波罗的海沿岸第1方面军的兵力从里加方向转移到梅梅尔方向，该方面军应会同白俄罗斯第3方面军部分兵力，在此方向实施进攻战役。列宁格勒方面军与红旗波罗的海舰队协同，于9月17～26日实施了塔林战役，此役重创德军“纳尔瓦”战役集群，解放了塔林和爱沙尼亚整个陆地部分。该方面军于9月27日日终前进抵滨海地带，其左翼进抵德军在拉脱维亚境内的“锡古尔达”防御地区。爱沙尼亚滨海地带的解放，大大改善了红旗波罗的海舰队在波罗的海的活动条件，为完全解放爱沙尼亚创造了前提。
战役第二阶段(1944年9月28日～1944年11月24日)，波罗的海沿岸第1方面军、白俄罗斯第3方面军第39集团军(司令为柳德尼科夫中将)向梅梅尔方向展开进攻，波罗的海沿岸第3、第2方面军则继续进行里加战役，列宁格勒方面军和红旗波罗的海舰队实施蒙海峡群岛登陆战役。
在列宁格勒方面军左翼当面行动的德军于9月24日前将主力撤向里加，而以部分兵力在蒙海峡群岛固守。德军在里加方向建立了强大集团，依靠从爱沙尼亚退却的兵力对它进行了补充。该集团编成内有33个师，内4个坦克师。在梅梅尔方向(由奥采至涅曼河)，德军有7～8个师，内4个坦克师。
根据当时的情况，苏联红军在梅梅尔方向实施了猛烈的正面突击，因为该处德军集团及其防御都比里加地域薄弱。苏联红军面临的任务是切断德军“北方”集团军群与东普鲁士的联系。
为了实施梅梅尔战役，波罗的海沿岸第1方面军将其全部军队隐蔽调到了希奥利艾地域，并于10月5日向梅梅尔(克莱佩达)方向实施了突击。突击第4集团军(司令为马雷舍夫中将)向利巴瓦(利耶帕亚)方面积极行动，白俄罗斯第3方面军第39集团军由罗谢内(拉塞尼艾)地域向陶拉格方向实施突击，分别从北面和南面保障梅梅尔方向的进攻。
由于列宁格勒方面军和红旗波罗的海舰队早在1944年9月27日就开始了蒙海峡群岛登陆战役，也由于波罗的海沿岸第3、第2方面军在里加地域积极行动，所以德军未能从“锡古尔达”防御地区调庞大兵力来抗击苏联红军在梅梅尔方向的进攻。梅梅尔战役的结果，苏联红军前出至波罗的海沿岸，楔入东普鲁士领土，并切断了整个“北方”集团军群与东普鲁士的联系。
正当波罗的海沿岸第1方面军在梅梅尔方向展开进攻时，波罗的海沿岸第3、第2方面军从1944年10月6日起对深恐丢掉退向东普鲁士之路而开始从里加地段向库尔兰半岛仓卒退却的德军转入追击。10月13日，苏联红军解放里加。10月16日，波罗的海沿岸第3方面军撤销，所部分别编入波罗的海沿岸第1方面军(第61集团军，司令为别洛夫上将)、波罗的海沿岸第2方面军(突击第1集团军、空军第14集团军，司令分别为扎赫瓦塔耶夫中将、茹拉夫廖夫空军中将)和列宁格勒方面军(第67集团军，司令为罗曼诺夫斯基中将)，一部编入大本营预备队(第54集团军，司令为罗金斯基中将)。至10月22日前，波罗的海沿岸第2方面军以其右翼进抵德军图库姆斯防御地区，结束了里加战役。“北方”集团军群被从陆上封锁于库尔兰半岛。波罗的海沿岸第2、第1方面军负责消灭被封锁集团。
列宁格勒方面军利用各波罗的海沿岸方面军在里加方向和梅梅尔方向的进攻，会同红旗波罗的海舰队，从1944年9月27日～1944年11月24日经过蒙海峡群岛登陆战役解放了蒙海峡群岛。由于这一战果，也由于苏联红军前出至利巴瓦以南波罗的海沿岸，红旗波罗的海舰队舰艇在沟通库尔兰集团和德国联系的德军交通线上行动的条件得到改善。
白俄罗斯第3方面军在东普鲁士境内贡宾嫩方向的进攻，促进了苏联红军在波罗的海沿岸各战役的胜利结束。该方面军长时间牵制了德军庞大兵力，使这些兵力无法用来对波罗的海沿岸第1方面军作战。