戰役第一階段(9月14～27日)，波羅的海沿岸第3、2、1方面軍實施了里加戰役，在戰役過程中進抵距里加25～60公里處德軍“錫古爾達”堅固防禦地區。由於德軍在該防禦地區進行激烈抵抗，最高統帥部大本營爲儘快切斷德軍波羅的海沿岸集團與東普魯士的聯繫，於1944年9月24日決定將波羅的海沿岸第1方面軍的兵力從里加方向轉移到梅梅爾方向，該方面軍應會同白俄羅斯第3方面軍部分兵力，在此方向實施進攻戰役。列寧格勒方面軍與紅旗波羅的海艦隊協同，於9月17～26日實施了塔林戰役，此役重創德軍“納爾瓦”戰役集羣，解放了塔林和愛沙尼亞整個陸地部分。該方面軍於9月27日日終前進抵濱海地帶，其左翼進抵德軍在拉脫維亞境內的“錫古爾達”防禦地區。愛沙尼亞濱海地帶的解放，大大改善了紅旗波羅的海艦隊在波羅的海的活動條件，爲完全解放愛沙尼亞創造了前提。
戰役第二階段(1944年9月28日～1944年11月24日)，波羅的海沿岸第1方面軍、白俄羅斯第3方面軍第39集團軍(司令爲柳德尼科夫中將)向梅梅爾方向展開進攻，波羅的海沿岸第3、第2方面軍則繼續進行里加戰役，列寧格勒方面軍和紅旗波羅的海艦隊實施蒙海峽羣島登陸戰役。
在列寧格勒方面軍左翼當面行動的德軍於9月24日前將主力撤向里加，而以部分兵力在蒙海峽羣島固守。德軍在里加方向建立了強大集團，依靠從愛沙尼亞退卻的兵力對它進行了補充。該集團編成內有33個師，內4個坦克師。在梅梅爾方向(由奧採至涅曼河)，德軍有7～8個師，內4個坦克師。
根據當時的情況，蘇聯紅軍在梅梅爾方向實施了猛烈的正面突擊，因爲該處德軍集團及其防禦都比里加地域薄弱。蘇聯紅軍面臨的任務是切斷德軍“北方”集團軍羣與東普魯士的聯繫。
爲了實施梅梅爾戰役，波羅的海沿岸第1方面軍將其全部軍隊隱蔽調到了希奧利艾地域，並於10月5日向梅梅爾(克萊佩達)方向實施了突擊。突擊第4集團軍(司令爲馬雷舍夫中將)向利巴瓦(利耶帕亞)方面積極行動，白俄羅斯第3方面軍第39集團軍由羅謝內(拉塞尼艾)地域向陶拉格方向實施突擊，分別從北面和南面保障梅梅爾方向的進攻。
由於列寧格勒方面軍和紅旗波羅的海艦隊早在1944年9月27日就開始了蒙海峽羣島登陸戰役，也由於波羅的海沿岸第3、第2方面軍在里加地域積極行動，所以德軍未能從“錫古爾達”防禦地區調龐大兵力來抗擊蘇聯紅軍在梅梅爾方向的進攻。梅梅爾戰役的結果，蘇聯紅軍前出至波羅的海沿岸，楔入東普魯士領土，並切斷了整個“北方”集團軍羣與東普魯士的聯繫。
正當波羅的海沿岸第1方面軍在梅梅爾方向展開進攻時，波羅的海沿岸第3、第2方面軍從1944年10月6日起對深恐丟掉退向東普魯士之路而開始從里加地段向庫爾蘭半島倉卒退卻的德軍轉入追擊。10月13日，蘇聯紅軍解放里加。10月16日，波羅的海沿岸第3方面軍撤銷，所部分別編入波羅的海沿岸第1方面軍(第61集團軍，司令爲別洛夫上將)、波羅的海沿岸第2方面軍(突擊第1集團軍、空軍第14集團軍，司令分別爲扎赫瓦塔耶夫中將、茹拉夫廖夫空軍中將)和列寧格勒方面軍(第67集團軍，司令爲羅曼諾夫斯基中將)，一部編入大本營預備隊(第54集團軍，司令爲羅金斯基中將)。至10月22日前，波羅的海沿岸第2方面軍以其右翼進抵德軍圖庫姆斯防禦地區，結束了里加戰役。“北方”集團軍羣被從陸上封鎖於庫爾蘭半島。波羅的海沿岸第2、第1方面軍負責消滅被封鎖集團。
列寧格勒方面軍利用各波羅的海沿岸方面軍在里加方向和梅梅爾方向的進攻，會同紅旗波羅的海艦隊，從1944年9月27日～1944年11月24日經過蒙海峽羣島登陸戰役解放了蒙海峽羣島。由於這一戰果，也由於蘇聯紅軍前出至利巴瓦以南波羅的海沿岸，紅旗波羅的海艦隊艦艇在溝通庫爾蘭集團和德國聯繫的德軍交通線上行動的條件得到改善。
白俄羅斯第3方面軍在東普魯士境內貢賓嫩方向的進攻，促進了蘇聯紅軍在波羅的海沿岸各戰役的勝利結束。該方面軍長時間牽制了德軍龐大兵力，使這些兵力無法用來對波羅的海沿岸第1方面軍作戰。
