８月６日和９日，美国先后在日本广岛和长崎各投下一颗原子弹。８月８日，苏联召见日本驻苏大使，通告苏联参加《波茨坦公告》，并宣布对日作战。８月９日，苏联出兵我国东北，对日本关东军发动全面进攻。同日，毛泽东发表《对日寇的最后一战》的声明。我八路军、新四军和其他人民武装力量在全国各地向侵华日军发起强有力的攻势。至此，日本法西斯的全面失败已成定局。８月１４日，日本政府照会美、英、苏、中四国政府，宣布接受《波茨坦公告》。８月１５日，日本天皇裕仁以广播“终战诏书”形式正式宣布日本无条件投降。

９月２日，参加对日作战的同盟国代表接受日本投降签字仪式在停泊于日本东京湾的美军战列舰“密苏里”号上举行。９时４分，日本外相重光葵代表天皇和日本政府、参谋总长梅津美治郎代表日本帝国大本营在投降书上签字。９时８分，麦克阿瑟以盟国最高司令官的身份签字，接受日本投降，然后是接受投降的中、美、英、苏等９个盟国代表分别代表本国依次签字。签字结束后，数千架美式飞机越过“密苏里”号军舰上空，庆祝这个具有伟大历史意义的时刻。至此，中国抗日战争胜利结束，世界反法西斯战争也落下帷幕。这时起到９月中旬，远东、东南亚各国、南太平洋地区和太平洋诸岛的３００多万日本军队，陆续向盟国投降。其中，中国战区的投降仪式于９月９日在南京举行。日方的中国派遣军总司令官冈村宁次在投降书上签了字，并交出他的随身佩刀，以表示侵华日军正式向中国缴械投降。

同年９月３日，中国国民政府下令举国庆祝，放假１天，悬旗３天。

１９５１年８月１３日，中华人民共和国中央人民政府政务院发出由周恩来总理签署的通告，确定抗日战争胜利纪念日为９月３日。通告指出：本院在１９４９年１２月２３日所公布的统一全国年节和纪念日放假办法中，曾以８月１５日为抗日战争胜利日。查日本实行投降，系在１９４５年９月２日日本政府签字于投降条约以后。故抗日战争胜利纪念日应改定为９月３日。