Skelet odbrane činilo je šest dobro utvrđenih odbrambenih rejona na prostoru Veliki Vračar, širi rejon Kalemegdana, Glavna železnička stanica sa Savskim mostom, Senjak, Čukarica i Banovo brdo, Topčider, Dedinje, Banjički vis i širi rejon Terazija prema Nemanjinoj ulici i zgradi Skupštine, Glavne pošte i Tehničkog fakulteta.
Od 11. do 13. oktobra jedinice Narodnooslobodilačke vojske i Crvene armije probile su spoljni pojas odbrane u rejonu Avale. Frontalnim udarom 14. oktobra na Banjici i Dedinju probijen je i unutrašnji odbrambeni pojas, nakon čega su počele borbe u samom gradu. U periodu od 15. do 18. oktobra savladana je nemačka odbrana u rejonu Karađorđevog parka, bloka bolničkih zgrada u Deligradskoj ulici, Slavije, Terazija, Glavne pošte, Tehničkog fakulteta, Skupštine, Tašmajdana, Starog dvora, Nemanjine, ulice kneza Miloša, Glavne železničke stanice, Senjaka, Čukarice i Topčidera.
Istovremeno, iz pravca Smedereva probijala se korpusna grupa generala Valtera Štetnera s oko 30.000 vojnika s namerom da pomogne nemačkim snagama u Beogradu. Zbog toga su jugoslovensko-sovjetske snage obrazovale polukružnu odbrambenu liniju Vrčin – Zuce – Leštane – Veliki i Mali Mokri Lug – Veliki Vračar. Nakon neuspešnog pokušaja proboja, grupa generala Štetnera uputila se prema Avali gde je 18. oktobra razbijena. U naređenju komandanta Beograda Ljubodraga Đurića od 18. novembra navedeno je da je „veći deo našeg grada odlobođen od fašističke gamadi“.
Oslobađanje Beograda završeno je u petak 20. oktobra 1944, oko 8 sati ujutru, čime je propao nemački plan o formiranju čvrstog fronta na Balkanu na liniji Đerdap – Niš – severna Albanija.