ב-20 באוגוסט 1944 פתחו הרוסים במתקפה אסטרטגית בשטח רומניה. המתקפה מכונה בספרות מבצע יאשי קישינב השני. ב-23 באוגוסט, רומניה הכריזה מלחמה על גרמניה הנאצית והצטרפה לבעלות הברית. המבצע שארך 4 ימים הוביל לקריסת המערך הרומני-גרמני, חלקים נרחבים מרומניה, מולדובה ובוקובינה נכבשו, ונפל המשטר הפרו-נאצי של הגנרל יון אנטונסקו. ב-31 באוגוסט נכנס הצבא האדום לבוקרשט.
ב-27 באוגוסט הודיע ממשלו של איוואן בגריאנוב על חזרה לניטרליות ונסיגה מההסכם התלת-צדדי. בשלב הזה רומניה כבר הייתה חלק מבעלות הברית, והרוסים שינעו כוחות כבדים לכוון הדנובה במהירות וללא מאבק. בגריאנוב מסר לגרמנים 8,000 קרונות ועגלות רכבת בולגריים, כדי להאיץ את נסיגתם מגרמניה. פעולה זו של בגריאנוב מיצבה אותו בעיני חזית המולדת כמשתף פעולה עם הנאצים.
באותו היום הודיעו הגרמנים על רה אורגניזציה בכוחותיהם בבולגריה, ועל הקמת 6 קבוצות קרב בסמוך לערים: וארנה, רוסה, פלובדיב, סופיה, וידין, דופניצה. הפיקוד העליון הורה להם לעבור לכוננות עליונה, לקראת פעילות אנטי-גרמנית בבולגריה. במקביל, כוחות גרמניים שנסוגו מרומניה בהמוניהם, עברו חמושים ועם ציוד מלא, דרך בולגריה לכיוון יוגוסלביה. עד ה-30 באוגוסט, הטביעו הגרמנים 74 ספינות מלחמה ושיטור בולגריות בנמלים השונים.
ב-30 באוגוסט הודיע סטלין שברית המועצות לא תכיר בניטרליות של בולגריה. איוואן בגריאנוב שלח מסר דחוף לרוסים ובו ציין כי כל הכוחות הזרים בבולגריה יפורקו מנשקם. במקביל הורה רשמית לכוחות הגרמניים בבולגריה, לעזוב לאלתר את המדינה. במקביל, החלו חיילים בולגרים לפרק מנשקם חיילים גרמנים בחבל דרום דוברוג'ה. עם זאת, עמד בגריאנוב על דעתו שלא להכריז מלחמה על גרמניה, אלא להישאר בניטרליות.
ב-2 בספטמבר 1944 הוחלף ממשלו של בגריאנוב וקונסטנטין מוראבייב התמנה לראש הממשלה. ב-4 בספטמבר החלו שביתות והפגנות ברחבי בולגריה שהובלו על ידי חזית המולדת. מוראבייב בשלב הזה עדיין לא היה מעוניין להכריז מלחמה על גרמניה, בטענה שזה יעודד את הסובייטים לפלוש לבולגריה בכדי "לעזור" לבולגרים. ב-5 בספטמבר החליטה בולגריה על ניתוק היחסים הדיפלומטיים עם גרמניה, אך עיכבה את הודעתה ביומיים, בכדי לאפשר לכוחות הצבא הבולגרי לסגת ממקדוניה הווארדארית, לאחר שקיבלו אולטימטום גרמני והתפרקו מנשקם.
מכאן והלאה יש שלוש גרסאות לגבי פלישת ברית המועצות לבולגריה:
גרסא ראשונה – הגרסא המערבית
בשעות אחר הצהריים של ה-7 בספטמבר הכריזה בולגריה מלחמה על גרמניה הנאצית, אך בבוקר אותו היום הכריזה ברית המועצות מלחמה על בולגריה, ללא התייעצות עם בעלו בריתה ארצות הברית ובריטניה. ההכרזה לדידם של הסובייטים היתה כדי "לעזור לבולגרים". בדיוק כפי שמוראבייב חשש. וכך, בבוקרו של ה-8 בספטמבר, נוצר מצב בו בולגריה הייתה רשמית במלחמה גם עם מדינות הציר וגם עם בעלות הברית. בבוקרו של ה-8 בספטמבר חצו כוחות את הצבא האדום את הדנובה וכבשו את צפון מזרח-בולגריה כולל הערים וארנה ובורגס. הצבא הבולגרי לא התנגד. כבר ב-8 בספטמבר בשעות הערב, פלוגות משמר של חזית המולדת שהובלו על ידי קצינים מחוג זוונו, הפילו את הממשלה ותפסו עמדות מפתח בסופיה. ב-9 בספטמבר הגיעו כוחות הצבא האדום לסופיה, ועם רוח גבית מהם הוקמה באותו היום ממשלת חזית המולדת, וקימון גאורגייב מונה לראש הממשלה.
גרסא שנייה – הגרסא הרוסית
ב-5 בספטמבר 1944 הגיעו כוחות "החזית האוקראינית השלישית" תחת פיקודו של פיודור טלבוחין לגבול בולגריה-רומניה, באזור דרום דוברוג'ה וחצו אותו. הרוסים לא נתקלו בכל התנגדות מצד הצבא הבולגרי. ב-7 בספטמבר הטילו מטוסים רוסיים עלונים (פליירים) בכל רחבי בולגריה, ובהם פנייה מהגנרל טלבוחין לעם הבולגרי ולצבא הבולגרי, לא להתנגד ולסייע לכוחות הצבא האדום שהגיע לשחרר אותם. מכאן והלאה התיאור זהה.
"חצי גירסא שלישית"
ב-1 בספטמבר הגיעו כוחות הצבא האדום לגבול בולגריה-רומניה, ופנו לממשלת בולגריה בבקשה לחצות את הגבול לשטחה. ממשלו של איוואן בגריאנוב סרב. ב-4 בספטמבר חצתה יחידה של הצבא האדום את הדנובה לכיוון טוטראקן. ביחד עם כוחות צבא בולגריים ו/או כוחות הנאמנים לחזית המולדת, השתלטו על חיל המצב הגרמני במקום, פירקו אותו מנשקו ולקחו שלל רב. הרוסים ככל הנראה עזבו את המקום. ייתכן וזו הייתה יוזמה מקומית. טיבו של האירוע לא ברור. הוא מאוזכר בגרסאות דומות במקורות נוספים. מקור זה מציין שהפלישה הרשמית החלה ב-8 בספטמבר.
