Наступление 2-й ударной армии началось после мощной артиллерийской и авиационной подготовки. 13-я воздушная армия и военно-воздушные силы КБФ произвели более 600 самолето-вылетов. Пехота и танки быстро прорвали главную полосу неприятельской обороны, форсировав при этом на своем правом фланге реку Эмайыги. К концу дня они продвинулись на глубину от 5 до 18 км. Наибольшего успеха добился 8-й эстонский стрелковый корпус, наступавший при поддержке 25-й отдельной бригады речных кораблей вдоль западного берега Чудского озера.,
Продвижение дивизий Федюнинского вынудило германское командование ускорить отвод оперативной группы «Нарва», который для войск Ленинградского фронта оказался неожиданным. 18 сентября 2-я ударная армия начала преследование отходящего противника. В ночь на 19 сентября перешла в преследование 8-я армия. Ее войска за двое суток продвинулись до 90 км и вышли в район Раквере. Поэтому дальнейшее продвижение 2-й ударной армии в северном направлении стало нецелесообразным, и командующий фронтом повернул ее основные силы на запад, а подвижную группу армии и эстонский корпус передал в состав 8-й армии, развивавшей удар на Таллин.
Преследуя отступавшего противника, войска Ленинградского фронта быстро продвигались в западном и юго-западном направлениях. 22 сентября армия Старикова освободила Таллин. Содействуя наступлению сухопутных войск, Балтийский флот высадил десанты в бухтах Кунда, Локса, в Таллин, Палдиски и овладел островом Найссар северо-западнее Таллина. Войска Федюнинского 23 сентября освободили Пярну, а к исходу 26 сентября, продвигаясь вдоль морского побережья на юг, вступили на территорию Латвии. В этот день генерал Федюнинский получил приказ прекратить преследование: 2-я ударная выводилась в резерв Ставки. Эстафету приняла 67-я армия 3-го Прибалтийского фронта.
В результате Таллинской операции советские войска вытеснили оперативную группу «Нарва» и заняли всю материковую часть Эстонии. Противник был вынужден вывести свои силы из Финского залива.
Войска 3-го Прибалтийского фронта только 21 сентября, используя успех Ленинградского фронта, завершили прорыв неприятельской обороны на всю тактическую глубину. В сущности, обеспечив выход группы «Нарва» к Риге, немецкие арьергарды перед фронтом Масленникова сами оставляли позиции, причем очень быстро: советские части преследовали их на автомашинах.
23 сентября соединения 10-го танкового корпуса освободили город Валмиера, а 61-я армия генерала П.А. Белова, действовавшая на левом фланге фронта, вышла в район Смилтене. Ее войска во взаимодействии с частями 54-й армии генерала Рогинского к утру 26 сентября овладели городом Цесис.
2-й Прибалтийский фронт к этому времени в ходе напряженных боев смог протаранить линию «Цесис», но темп его продвижения не превышал 5–7 км в сутки. Немцы разбиты не были, отступали организованно и грамотно: «Неприятель отходил перекатами. Пока одни его части удерживали занимаемые позиции, отошедшие в тыл оборудовали новые. И каждый раз нам приходилось снова пробивать вражескую оборону. И без того скудные запасы снарядов таяли на глазах. Армии вынуждены были взламывать укрепления на узких участках — шириной 3–5 км. Дивизии проделывали еще меньшие щели, и в них тотчас вводились вторые эшелоны. Они-то уже и расширяли фронт прорыва. В последние сутки бои велись и днем и ночью… Ломая упорнейшее сопротивление противника, 2-й Прибалтийский фронт медленно приближался к Риге. Каждый рубеж давался с большим трудом».
В докладе Верховному Главнокомандующему о ходе операции в Прибалтике маршал Василевский объяснял это не только тяжелыми условиями местности и упорным сопротивлением противника, но и тем, что фронт слабо маневрировал пехотой и артиллерией, мирился с привязанностью войск к дорогам, излишне резервировал пехотные соединения.
Войска Баграмяна в это время были заняты отражением сильных контрударов противника. 22 сентября 43-й армии удалось выбить немцев из Балдоне и отбросить их к северу. Лишь в полосе 6-й гвардейской армии, которая прикрывала левый фланг ударной группировки фронта, нацеленной на Ригу с юга, противнику удалось вклиниться в оборону советских войск до 6 км.
Немецкое командование, считаясь с реальностью угрозы отсечения войск группы армий «Север» от Восточной Пруссии, принимало все меры к усилению своей обороны на подступах к Риге, особенно перед фронтом Баграмяна, войска которого находились в 16 км от города.
К 24 сентября немецкие войска, действовавшие против левого крыла Ленинградского фронта, главными силами отошли к Риге, а частью сил закрепились на островах Моонзундского архипелага. Войска группы армий «Север» понесли значительные потери. В то же время в результате отхода основных сил группы фронт сократился на 300 км. Это позволило ее командованию значительно уплотнить боевые порядки войск на рижском направлении. На рубеже «Сигулда» протяженностью 105 км между Рижским заливом и северным берегом Даугавы оборонялись 17 дивизий и примерно на таком же фронте южнее Даугавы до Ауце — 14 дивизий, в том числе 3 танковые. Этими силами, занявшими заранее подготовленные оборонительные рубежи, германское командование стремилось задержать дальнейшее продвижение советских войск, а в случае неудачи — отвести группу армий «Север» в Восточную Пруссию.
Девять советских армий в конце сентября уперлись в оборонительный рубеж «Сигулда» и были остановлены.
Штеменко: «Раздробить неприятельскую группировку и на этот раз не удалось. Она отошла с боями на заранее подготовленный рубеж в 60–80 километрах от Риги. Наши войска, сосредоточенные на подступах к столице Латвии, буквально прогрызали оборону противника, методично, метр за метром выталкивая его. Такое течение операции не сулило быстрой победы и было связано с большими для нас потерями».
Советское высшее командование все более убеждалось в том, что продолжение наступления лобовыми атаками на прежних направлениях не дает ничего, кроме роста потерь, и не обеспечивает отсечение немецких войск от Восточной Пруссии. Ставка признала, что «операция под Ригой развивается неудовлетворительно». Поэтому 24 сентября было принято решение переместить главные усилия в район Шяуляя и нанести удар на мемельском направлении, то есть сделать то, что Баграмян предлагал еще в августе.
В связи с этим командующий генерал Еременко получил приказ, не приостанавливая движение севернее Даугавы, к 3 октября перевести 3-ю ударную и 22-ю армии на южный берег реки и сменить здесь армии 1-го Прибалтийского фронта. Войска 2-го Прибалтийского фронта должны были во взаимодействии с 3-м Прибалтийским фронтом разгромить противостоящие силы противника, овладеть Ригой и очистить от немцев побережье Балтийского моря от Риги до Лиепаи. 1-му Прибалтийскому фронту предстояло провести новую наступательную операцию, с тем чтобы прорвать неприятельскую оборону к западу и юго-западу от Шяуляя и выйти на побережье на участке Паланга, Клайпеда (Ме-мель), устье реки Неман, отрезав тем самым прибалтийской группировке пути отхода. Начало операции Ставка назначила на 1–2 октября. К участию в ней была привлечена также 39-я армия 3-го Белорусского фронта — 6 стрелковых дивизий и 1 стрелковая бригада.
Войска Ленинградского фронта должны были во взаимодействии с Балтийским флотом очистить от немцев острова Моонзундского архипелага. 3-й Белорусский фронт 3 октября получил приказ подготовить и провести наступательную операцию на гумбинненском направлении, во взаимодействии с 1-м Прибалтийским фронтом разгромить противника и овладеть районом Кёнигсберга.
В конце октября войска Баграмяна прекратили наступление на рижском направлении и приступили к подготовке Мемельской операции. Провести ее предстояло в полосе 145 км на глубину до 130 км. Прорыв обороны намечался на двух участках, общая протяженность которых составляла 31 км. В состав фронта входили 2-я и 6-я гвардейская, 4-я ударная, 43-я и 51-я общевойсковые, 5-я гвардейская танковая, 3-я воздушная армии, два танковых и один механизированный корпус — 51 стрелковая дивизия, 6 отдельных танковых бригад.
В период подготовки операции 1-й Прибалтийский фронт за шесть суток скрытно осуществил перегруппировку четырех общевойсковых и одной танковой армий, двух танковых и одного механизированного корпусов — около полумиллиона человек, свыше 9000 орудий и минометов и огромная масса боевой техники — на расстояние от 80 до 240 км. В результате было создано превосходство над противником в людях в 2,5, в артиллерии почти в 11, в танках и САУ более чем в 3 раза. На каждый километр прорыва выделялось до 200 артиллерийских стволов.
3-я ударная, которую ввиду болезни Юшкевича возглавил генерал-лейтенант Н.П. Симоняк, и 22-я армии 2-го Прибалтийского фронта заняли освободившийся участок южнее Даугавы.
