ポーツマス条約によって日本領となった南樺太には、1913年（大正2年）の樺太守備隊廃止以来、日本軍は常駐していなかった。軽武装の国境警察隊が国境警備を担当していた^[1]。しかし、1939年（昭和14年）5月に至り、対ソ連の防備のため樺太混成旅団が設置された。その後、第7師団（北海道駐屯）の改編や関東軍特種演習に伴い次第に駐屯兵力が増強された。

  太平洋戦争中盤になると、従来はソ連を仮想敵としていた南樺太の戦備も、対アメリカ戦重視に方針が転換された。北樺太侵攻作戦は放棄されて、専守防衛型となった。北方軍司令官の樋口季一郎中将は、対ソ国境陣地を重視せず、主にアメリカ軍上陸に備えた南部の防備強化を指導した^[2]。本土決戦が想定され始めた1945年（昭和20年）2月には駐屯部隊の大部分を再編成して第88師団が創設されたが、その主力は南部地区に置かれた。

予備役（在郷軍人）主体の予備戦力の整備も進められ、1944年（昭和19年）5月に特設警備隊である特設警備大隊3個・特設警備中隊8個・特設警備工兵隊3個、1945年3月には地区特設警備隊9個が各地に設置された^[3]。このほか、国民義勇戦闘隊の組織も準備されていた。地区特設警備隊や国民義勇戦闘隊は、日中戦争での中国共産党軍にならい遊撃戦を行うことが期待されており、3月下旬に7700人が2日間の召集訓練を受けたほか、7月以降には陸軍中野学校出身者による教育が多少実施された^[4]。

  約40万人の一般住民については北海道への緊急疎開が予定され、大津敏男樺太庁長官と第88師団参謀長の鈴木康大佐、豊原駐在海軍武官の黒木剛一少将による3者協定が締結されていた。樺太庁長官を責任者として陸海軍は船舶提供などの協力をするという内容であったが、実態は腹案の域を出ず、3人以外には極秘とされて組織的な事前打ち合わせは無かった^[4]。

一方、ソ連の指導者ヨシフ・スターリンは、南樺太の奪還を狙っていた。ソ連の対日参戦を密約した1945年2月のヤルタ会談において、ソ連は南樺太占領を参戦後に予定する作戦の第一として挙げ、実際にヤルタ協定には「南樺太のソ連への返還」が盛り込まれた^[5]。当時、ソ連は北海道北部（留萌・釧路以北）の軍事占領も計画しており、南樺太は北海道侵攻の拠点としてすぐさま使用される予定であった。

  南樺太攻略担当には、北樺太に主力を置く第2極東戦線の第16軍（司令官：L・G・チェレミソフ（Л. Г. Черемисов）少将）が充てられた。もっとも、7月28日に通達された実際の作戦計画では、樺太・千島方面の攻略は満州方面に劣後した順位となっており、発動時期は戦況に応じて調整されることになっていた。現場では日本軍守備隊に関する情報を把握できないでおり、南樺太に日本軍戦車が配備されていないことすらも知らなかった^[6]。

  日ソ間には日ソ中立条約が存在し、1945年（昭和20年）8月時点でも有効期間内であったが、ソ連の対日参戦は実施されることになった。なお、同年5月頃、日本はソ連を仲介者とした連合国との和平交渉を模索しており、その中でソ連への報酬として南樺太の返還も検討されていた^[7]。（日ソ中立条約との関係については日ソ中立条約及びソ連対日宣戦布告を参照）

ソ連軍侵攻前の樺太での戦闘としてはアメリカ潜水艦の活動があり、日本商船が攻撃されたり、海豹島などが砲撃を受けていた。7月23日には、アメリカ潜水艦「バーブ」から少数の水兵が密かに上陸して、樺太東線の線路を爆破している^[8]。

日ソ開戦前、日本軍の配置は北地区（敷香支庁・恵須取支庁）と南地区（豊原支庁・真岡支庁）に分かれていた。北地区は歩兵第125連隊が、南地区は第88師団主力が分担し、対ソ戦・対米戦のいずれでも各個に持久戦を行う作戦であった。北地区はツンドラに覆われて交通網が発達しておらず、国境から上敷香駅付近までは軍道と鉄道の実質一本道で、敵進路の予想は容易だった。現地の第88師団では、対ソ戦重視への配置転換を第5方面軍へ6月下旬から上申し続けていたが、ようやく8月3日にソ連軍襲来の場合には迎撃せよとの許可を得られた^[9]。

8月9日にソ連は対日宣戦布告を行ったが、ソ連軍の第16軍に樺太侵攻命令が出たのは翌10日夜であった。作戦計画は3段階で、第1期に第1梯団（第79狙撃師団・第214戦車旅団基幹）が国境警戒線を突破し、第2期で古屯「要塞^{[注 1]}」を攻略、第3期には第2梯団（第2狙撃旅団基幹）が一気に超越進撃して南樺太占領を終えるというものだった。国境地帯からの2個梯団が主軸で、塔路と真岡には補助的な上陸作戦が計画されていた^[6]。ソ連側の侵攻が開戦直後ではなかったことは、日本側が兵力配置を対ソ戦用に変更する余裕を生んだ。ソ連軍は第1期作戦から激しく抵抗を受けてしまい、第2期の古屯攻略のための部隊集結も遅れだした。

日本の第5方面軍は、8月9日早朝にソ連参戦の一報を受けたが、隷下部隊に対し積極的戦闘行動は慎むよう指示を発した。この自重命令は翌日に解除されたが、通信の遅延から解除連絡は最前線には届かないままに終わり、日本側前線部隊が過度に消極的な戦術行動をとる結果につながった^[11]。自重命令解除に続き、第5方面軍は、第1飛行師団の飛行第54戦隊に対して落合飛行場進出を命じたが、悪天候のために実施できなかった。一方、ソ連軍機も悪天候には苦しんでいたが、なんとか地上支援を成功させている。第5方面軍は、13日には北海道の第7師団から3個大隊の増援を決めるとともに、手薄と見られたソ連領北樺太への1個連隊逆上陸（16日予定）まで企図したが、15日のポツダム宣言受諾発表と大本営からの積極侵攻停止命令（大陸命1382号）によって中止となった^[12]。

日本側現地の第88師団は、8月9日に防衛召集をかけて地区特設警備隊を動員した。10日には上敷香に戦闘司令所を出して参謀数名を送り、13日には国民義勇戦闘隊の召集を行った。一般住民による義勇戦闘隊の召集は樺太戦が唯一の実施例で、ねらいは兵力配置があるように見せかけてソ連軍の進撃を牽制することだった^[13]。師団は、15日に玉音放送などでポツダム宣言受諾を知り、防衛召集解除・一部兵員の現地除隊・軍旗処分など停戦準備に移ったが、16日に塔路上陸作戦が始まると、第5方面軍から自衛戦闘と南樺太死守を命じられて戦闘を続けた。第5方面軍の死守命令は、ソ連軍の北海道上陸を予防する意図に基づいていた^[14]。

8月16日以降も、ソ連軍は引き続き侵攻作戦を続けた。18-19日には、極東ソ連軍総司令官アレクサンドル・ヴァシレフスキー元帥が、25日までの樺太と千島の占領、9月1日までの北海道北部の占領を下令した^[15][14]。古屯付近では16日に総攻撃を開始したが、日本側守備隊の歩兵第125連隊が即時停戦命令を受けて19日に武装解除するまで、主陣地制圧はできなかった。ソ連軍は同じ16日に塔路上陸作戦も行ったが、上陸部隊の進撃は低調だった。交通路は避難民で混雑し、日本軍は橋の破壊などによる敵軍阻止は断念することが多かった。この間、日本側は現在位置で停止しての停戦を各地で交渉し、峯木師団長自身も北地区へ交渉に向かっていたが、進撃停止は全てソ連側に拒否され、しばしば軍使が処刑される事件も起きた。

8月19日、日本の大本営は第5方面軍に対して、停戦のための武器引き渡しを許可した（大陸指2546号）。満州方面よりも3日遅れの発令であった。21日から22日にかけて峯木師団長に武器引き渡し許可が届き、知取でソ連軍との停戦合意に達した^[16]。この間にも、20日には真岡にソ連軍が上陸して多数の民間人が犠牲となり、やむなく応戦した日本軍と激戦となっていた。ソ連側は、日本人と財産の本土引き揚げ阻止を図り、22日に引揚船3隻を撃沈破したうえ、23日には島外移動禁止を通達した。24日に樺太庁所在地の豊原市はソ連軍占領下となり、25日の大泊上陸をもって南樺太占領は終わった。