８月６日和９日，美國先后在日本廣島和長崎各投下一顆原子彈。８月８日，蘇聯召見日本駐蘇大使，通告蘇聯參加《波茨坦公告》，并宣布對日作戰。８月９日，蘇聯出兵我國東北，對日本關東軍發動全面進攻。同日，毛澤東發表《對日寇的最后一戰》的聲明。我八路軍、新四軍和其他人民武裝力量在全國各地向侵華日軍發起強有力的攻勢。至此，日本法西斯的全面失敗已成定局。８月１４日，日本政府照會美、英、蘇、中四國政府，宣布接受《波茨坦公告》。８月１５日，日本天皇裕仁以廣播“終戰詔書”形式正式宣布日本無條件投降。

９月２日，參加對日作戰的同盟國代表接受日本投降簽字儀式在停泊于日本東京灣的美軍戰列艦“密蘇里”號上舉行。９時４分，日本外相重光葵代表天皇和日本政府、參謀總長梅津美治郎代表日本帝國大本營在投降書上簽字。９時８分，麥克阿瑟以盟國最高司令官的身份簽字，接受日本投降，然后是接受投降的中、美、英、蘇等９個盟國代表分別代表本國依次簽字。簽字結束后，數千架美式飛機越過“密蘇里”號軍艦上空，慶祝這個具有偉大歷史意義的時刻。至此，中國抗日戰爭勝利結束，世界反法西斯戰爭也落下帷幕。這時起到９月中旬，遠東、東南亞各國、南太平洋地區和太平洋諸島的３００多萬日本軍隊，陸續向盟國投降。其中，中國戰區的投降儀式于９月９日在南京舉行。日方的中國派遣軍總司令官岡村寧次在投降書上簽了字，并交出他的隨身佩刀，以表示侵華日軍正式向中國繳械投降。

同年９月３日，中國國民政府下令舉國慶祝，放假１天，懸旗３天。

１９５１年８月１３日，中華人民共和國中央人民政府政務院發出由周恩來總理簽署的通告，確定抗日戰爭勝利紀念日為９月３日。通告指出：本院在１９４９年１２月２３日所公布的統一全國年節和紀念日放假辦法中，曾以８月１５日為抗日戰爭勝利日。查日本實行投降，系在１９４５年９月２日日本政府簽字于投降條約以后。故抗日戰爭勝利紀念日應改定為９月３日。