據《日本投降記》一書記載，日本的總決戰計劃是「殘忍到極點的」。這個計劃分為三個階段：第一階段：撤退中國華中、華南日軍，毀滅江南精華區。包括毀滅廣州和武漢，毀滅京滬杭三角洲內一切建築物。第二階段：從事本土及中國黃河以南之防禦戰。第三階段：最後決戰階段，即日本、偽滿、朝鮮的整個毀滅階段。包括全力保衛東京，以自殺戰術阻抗盟軍，如果東京陷落，即向盟國無條件投降。東京投降後，中國華北、東北及朝鮮的日軍必須繼續決戰，直至全軍覆滅，不許一兵一卒投降或活命。
從1944年4月開始一直持續到年底、縱貫中國南北幾千餘里的大規模豫湘桂戰役，是日軍臨死前迴光返照式的掙扎。美國人認為，中國已經在7年的抗戰中消耗了大部分實力，無力對日本進行全面反攻。此時日本將中國大陸地區北方的很多甲種師團抽調到太平洋戰場，以丁級師團來對付華北的八路軍，以乙級師團對付國民黨軍隊。美國由此認為，國民黨軍隊為了保存實力，不會對日本進行戰略反擊。
日本兵力一直升高到1945年總數達到700餘萬,但兵員的素質卻不斷的下降,徵兵年齡從15歲一直到45歲，數十萬大學生也成了士兵。儘管如此，兵源仍然不足，所以日本在朝鮮、台灣地區也實行了徵兵制。朝鮮和中國台灣的年輕人作為「日本兵」被源源不斷地送上前線。日本的人口只有約7138萬（1939年）,已經不堪重負。事實上，太平洋戰爭前6個月日軍在東南亞和南太平洋的勝利正是依靠多年積累的精銳部隊。
栗林忠道，日本陸軍大將，日本109師團長，因身為指揮官率士兵死守硫磺島而成名，剖腹自盡的栗林忠道，在日本稱為「玉碎總指揮官」。1945年3月，一個僅有20平方公里，覆蓋著厚厚火山灰的小島，在二戰最後一年成為兵家所必爭之地，因為它成了美國徹底打敗日本的巨大障礙，———它正處在東京與美軍戰略空軍基地塞班島之間，島上的日本空軍是美國空軍的心腹之患。硫磺島戰役歷時整整36天，被稱為「太平洋戰中流血最多之戰」；「人間地獄，屍骨成山」……美軍以傷亡共計28686人(陣亡6821人、傷21865人)的慘重代價，全殲島上22000日軍。據《香港日報》1945年3月報道，日軍決以「血肉長城，對抗美軍的油鐵洪流」，在最後時刻，「日軍肉攻隊」採取「淒壯新戰術」：「洞穴埋置空桶，士兵懷抱地雷入內，上蓋泥土」，待大隊美軍士兵經過，便「點火線以身殉國」。而硫磺島日軍最高指揮官栗林忠道命令最後反攻全軍玉碎，並於三月十七日深夜給天皇的「訣別電」：「戰局已臨最後關頭，職站在前線，祈禱皇國必勝及安泰」，「目下彈盡兵寡，決作孤注一擲，粉身碎骨，以報皇恩，謹率領士卒，高呼聖皇萬歲，借此永訣」。
美國太平洋艦隊取得了瑪利亞那群島大捷，又攻佔了硫磺島、沖繩島。日本海軍的主力艦隊大部被殲。在盟軍反攻的太平洋及印度洋上的諸多島嶼，日軍供應斷絕，形成孤島，守軍枵腹困戰，不少島嶼在盟軍攻佔前，日軍已經餓斃……日軍已是山窮水盡，窮途末路。
1945年秋，美國、英國和中國發表了《波茨坦宣言》，敦促日本投降。7月28日，日本政府拒絕接受《波茨坦宣言》。出於軍事和政治的原因，美國總統杜魯門決定在日本的廣島、長崎等四個城市中選擇一個目標投擲原子彈。當時廣島人口為34萬多人，靠近爆炸中心的人大部分死亡，當日死者計8.8萬餘人，負傷和失蹤的為5.1萬餘人；全市7.6萬幢建築物全被毀壞的有4.8萬幢，嚴重毀壞的有2.2萬幢。當時日本梯恩梯炸藥的生產能力為，1937年約11500噸，至1944年最高達39400噸。日本陸軍、海軍一年生產的梯恩梯炸藥只相當於美軍投在廣島和長崎的兩枚原子彈。廣島事件並未使日本立即同意接受波茨坦最後通牒，即無條件投降。日本大本營故意掩蓋廣島事實真相，把希望寄托在蘇聯的調停上。
蘇聯看到日本敗局已定，並不打算調停。8月8日，日本從蘇聯領導人那裡得到的回答是，日本仍在繼續進行戰爭，拒絕接受《波茨坦宣言》，因此，日本政府請求蘇聯調停的建議已失去一切根據。蘇聯政府遵守對聯合國的義務，接受聯合國的要求，宣佈從8月9日起對日宣戰。就在蘇聯出兵這天的上午11時30分，美國又在日本長崎投下第二顆原子彈。長崎全城27萬人，當日便死去6萬餘人。
日本關東軍在1942年初加上偽軍和警察部隊兵力高達百萬以上，全面戰爭時關東軍向太平洋地區頻繁抽調兵力，1944年上半年日本進行「一號作戰」（即豫湘桂作戰），從關東軍抽調大批軍隊，使關東軍減至40萬人，1945年又調走了二十餘個師團，使關東軍兵力僅剩下1943年和1945年所編成的12個師團，1945年5月，日大本營指令關東軍調整部署，關東軍不得不把25萬退伍日本軍人重新召回，並拉來大批日本僑民和學生進行拼湊，整編成8個師團、7個混成旅、1個坦克兵團和5個炮兵聯隊，使兵力達到24個師團，約70多萬人，有1000門火炮和迫擊炮、200輛可使用的坦克和200架可使用的飛機。
蘇聯出兵中國東北時，關東軍從表面看似乎兵力充足，據當時統計，其實際戰鬥力僅相當於過去的8個半師團。這些部隊的質量、裝備、訓練和意志都與早期的關東軍無法相比。
1945年8月8日蘇聯向日本宣戰。此刻，蘇軍元帥華西列夫斯基指揮的150萬士兵已經利用夜幕突然從三個方向同時向日軍發起突擊行動。
儘管關東軍早有對蘇作戰的準備，甚至一度還拉出與蘇軍決戰的架勢，但是，由於關東軍設想決戰的時刻是1946年，不僅未能偵察到蘇軍的實力，甚至連蘇聯正式對日宣戰的消息，也沒能提前得到。在蘇軍攻勢下，關東軍布設的陣線很快就土崩瓦解，原來設想的大決戰變成一場大追逃。8月10日，日本大本營下達命令，指示關東軍在萬不得已的情況下，可以放棄東北，退守朝鮮。但長期以日軍「王牌」自居的關東軍為了維護所謂「皇軍之花」的臉面，仍然不肯投降，此次戰役中，關東軍8.3萬人被擊斃。
在蘇軍出兵當天，日本首相鈴木在內閣會議上說，我們不能無限的進行戰爭，除了接受《波茨坦宣言》外，我們無路可走。
但強硬的日本陸相阿南認為，日本仍可調動的力量還有五十三個步兵師團和二十五個旅團，另外指揮官還能召集四百萬陸海軍加入戰鬥，加上內閣剛通過一項措施，將徵兵範圍擴至十五到六十歲的男子和十七到四十五歲的女子，日本的防禦力量可再增加二千八百萬人。
日本內閣圍繞戰還是降激烈爭吵，最後，只好由天皇來決斷，8月9日夜，天皇裕仁在皇宮的防空洞裡召開了御前會議，最終決定投降。
天皇裕仁在皇宮的演播室裡錄製好了投降的《終戰詔書》，強硬派軍人為阻止錄音播出，曾發動政變，但很快被鎮壓，陸相阿南自殺。8月14日，美國出動800架「空中堡壘」超大機群，對東京、大阪、九州等地進行狂轟濫炸。當晚7時半，鈴木首相召開內閣緊急會議，請天皇裕仁親臨。裕仁在萬般無奈之下，只得下令起草停戰詔書，並錄音完畢，即刻送日本電台廣播。
1945年8月15日，這個日子對於日本來說，就是其近代大國征程中的斷崖，日本在這一天宣佈無條件投降，而在此之前，日本從未被外國征服並且很少在對外戰爭中遭遇敗績。
據中原茂敏《大東亞補給戰》一書，日本軍隊在投降時，陸、海軍共717萬人，其中陸軍541萬，海軍170萬。海外陸軍由關東軍總司令大將山田乙三、中國派遣軍總司令大將岡村寧次和南方軍總司令元帥寺內壽一帶領。中國派遣軍全體根據蔣介石的「以德報怨」的號令，很快遣返完畢，總司令岡村寧次也於1949年2月遣返。日軍在中國本土陣亡455700人。日本南方軍43個師的官兵遣返日本較快。日本關東軍約60萬人向蘇聯投降，俘虜並沒有被迅速遣送日本，而是被蘇軍拘押至西伯利亞等服苦役，其中也包括關東軍總司令山田乙三。其中約有6萬俘虜在各個勞改營死亡。俘虜直至1956年遣返回國。
日本投降後兩個月的1945年10月，當時的美國國防部副部長尼采曾任美國調查團副團長的身份被派往東京，其使命之一就是「查明日本為什麼決心對美開戰」。
遠東軍事法庭曾令日本前首相近衛文縻和原內大臣木戶幸一等人進行激烈的當面對質。之後近衛文縻服毒自盡。
據調查團公佈的信息，事實上，在當時的日本領導層中，沒有一個人對結束戰爭是胸有成竹的。由於當時日本經濟是建立在完全依賴美國的工業結構之上，因此在美國禁止向日本出口機床，廢鋼鐵，及1941年美國、英國、荷蘭、荷屬東印度、緬甸、印度和新西蘭等先後廢除與日本締結的通商航海條約等以後，日本的「崩潰」就加速了。
日本如維持現狀，將逐步衰落，不久就會自取滅亡。這樣，日本與其坐待國運衰落，不如下決心作一決戰。當時的日本內閣與軍部正是出於這種考慮而對美開戰。
當美國於1941年8月1日，禁止向日本出口石油時，美國就已知道，日本必會發動戰爭，美國總統羅斯福此前即已預言。