德军在匈牙利首都布达佩斯接近地建立了一系列坚固筑垒、防御地区和市区围廊。在布达佩斯西南，沿巴拉顿湖、韦伦采湖一线，直到瓦茨附近的多瑙河弯曲部，再沿捷匈边境，构筑了一条防御地带，即所谓“马尔加里塔防线”。但是，德军在布达佩斯附近并无重兵配置，因为当时德军主力还在尼赖吉哈佐方向作战。
苏军统帅部大本营因此颁布如下命令：乌克兰第二方面军转入进攻，攻占匈牙利首都布达佩斯，迫使匈牙利退出战争。方面军在其左翼以第四十六集团军和近卫第二、第四机械化军的兵力，向凯奇凯梅特、布达佩斯总方向实施主要突击，突破守军在布达佩斯东南的防御，攻占布达佩斯市。地面突击的航空火力支援，由空军第五集团军负责。近卫第七集团军由索尔诺克东北地域实施辅助突击，以便强渡蒂萨河，并在索尔诺克地域夺取该河西岸登陆场。
乌克兰第二方面军余部则继续向米什科尔茨方向进攻，牵制当面守军兵力，使其无法调往布达佩斯地域。乌克兰第三方面军继续变更部署，集中主力于南斯拉夫巴纳特，同时派出先遣部队夺取匈牙利境内多瑙河右岸各登陆场。
彼得罗夫大将指挥的乌克兰第四方面军，向捷克斯洛伐克腹地进攻，以策应布达佩斯战役的顺利发展。
1944年10月29日，苏军乌克兰第二方面军转入进攻。乌克兰第二方面军左翼的进攻发展顺利，至11月2日，距布达佩斯仅15公里。但是，德军很快地调整了部署，向布达佩斯地域调集重兵，阻住了苏军迅猛发展进攻的势头。一场持久战开始了。
11月4日，苏军统帅部大本营命令马利诺夫斯基元帅尽快将方面军中央和右翼军队撤至蒂萨河右岸，以便加宽进攻地带，从北面和东北面实施突击，与左翼军队协同，粉碎德军布达佩斯集团。
乌克兰第二方面军执行了这一命令，于11月11日再次发起进攻，在长达16天之久的作战中，却未能在城市以东分割和粉碎德军布达佩斯集团。鉴于部队连续进攻3个多月已疲惫不堪，秋季道路泥泞难行，交通线过长，影响弹药的及时送达，及德军顽强抵抗等诸多因素，马利诺夫斯基司令员要求暂停进攻，并获得苏军最高统帅部大本营的许可。
12月5日，乌克兰第二方面军重新开始进攻。其左翼和中央连续5天企图从北面和西南面实施迂回，以围歼守军集团，但未能奏效。第四十六集团军强渡多瑙河后，在西岸夺取了一个不大的登陆场，但由于兵力不足，未能从西南进逼布达佩斯。
这样，以一个方面军攻占布达佩斯的第三次尝试又未成功。不过，乌克兰第二方面军解放了蒂萨河与多瑙河之间地带，切断了守军布达佩斯集团向北退却之路。
乌克兰第三方面军第五十七集团军强渡多瑙河后，在西岸巴蒂纳和阿帕廷两地域夺取了登陆场。至12月9日前，集团军已前出到巴拉顿湖以南地域。从11月下半月起，编入该方面军的近卫第四集团军开始在多瑙河右岸投入战斗，并与乌克兰第二方面军第四十六集团军会师。从此，苏军有了向守军布达佩斯集团后方实施突击的可能。
12月12日，苏军最高统帅部大本营颁布关于乌克兰第二、第三方面军同时围歼布达佩斯集团的训令。在多瑙河西岸作战的第四十六集团军转隶乌克兰第三方面军。此时苏、德双方的兵力对比如下：
乌克兰第二方面军有39个步兵师、2个坦克军、2个机械化军、2个骑兵军、2个筑垒地域、14个罗马尼亚师。
乌克兰第三方面军有31个步兵师、2个海军陆战旅、1个坦克军、2个机械化军、1个骑兵军。
在该方面军编成内作战的还有保加利亚第一集团军。空军第五、第十七集团军航空兵和多瑙河区舰队舰艇负责对方面军地面进攻行动实施火力支援。南斯拉夫第三集团军在乌克兰第三方面军以南行动。
苏军两个方面军当面为南方集团军群和F集团军群一部，共51个德国师和匈牙利师另2个旅，其中包括9个坦克师、4个摩托化师、1个摩托化旅、1个骑兵旅以及第四航空队的大量航空兵。
苏军最高统帅部大本营给乌克兰第二方面军规定的任务是，由沙希地域向凯贝尔库斯特总方向实施突击，在奈斯梅伊、埃斯泰尔戈姆地段进抵多瑙河，阻止布达佩斯集团向西北退却。
与此同时，乌克兰第二方面军应以部分兵力从东面向布达佩斯进攻。乌克兰第三方面军受领的任务是，由韦伦采湖地域向北面，即向比奇凯方向实施突击，在埃斯泰尔戈姆、奈斯梅伊地域进抵多瑙河，并与乌克兰第二方面军会合，切断布达佩斯集团西退之路。
方面军的部分兵力应由比奇凯地域向布达佩斯进攻，并与乌克兰第二方面军协同攻占该市。乌克兰第三方面军还应在布达佩斯以西及其西南构成对外正面。
12月20日，苏军对守军布达佩斯集团再次发起进攻，进展顺利。至12月26日日终前，乌克兰第二、第三方面军在埃斯泰尔戈姆地域会合，完成了对守军布达佩斯集团的合围。
尽管守军在坦克方面居优势，但苏军乌克兰第三方面军在激烈的战斗中不仅阻止了楔入其防御的德军反突击集团的进攻，而且将该集团逐回出发阵地。乌克兰第二方面军一部1945年1月上旬对科马尔诺的进攻，对破坏守军反突击起了很大作用。
从1944年12月27日至1945年1月18日，苏军进行了解放首都东部——佩斯的战斗，从1月22日至2月13日进行了解放首都西部——布达的战斗。城内战斗由专门组建的布达佩斯集群进行。
此役解放了布达佩斯。但德军布达佩斯集团遭苏军围歼后，尚有部分残余部队突围到匈牙利西南与其他德军会合，企图进行最后的较量。为此，苏军又开始了在匈牙利全境的围歼战斗。
