1943年1月14～24日，羅斯福、邱吉爾及美英主要軍事參謀人員在摩洛哥的卡薩布蘭卡召開會議，商定1943年的作戰計劃，擬首先攻占西西里，迫使義大利退出戰爭，加強對德戰略轟炸，準備橫渡英吉利海峽，在太平洋和遠東擊退日軍和支持中國。7月10日，美英聯軍實施西西里登陸戰役。經過兩天激戰，美英聯軍占領該島南部，主力部隊全部登陸，並向北推進，打垮義大利軍隊，將德軍趕往義大利本土。
9月8日，義大利正式投降。9月9日，美國第5集團軍從薩勒諾島登陸義大利半島。10月13日，義大利對德國宣戰，美、英、蘇承認義大利為反法西斯戰友，法西斯軸心宣告解體。
11月28日至12月1日，羅斯福、邱吉爾和史達林（Stalin, 1879-1953）在伊朗首都德黑蘭舉行第一次三國首腦會議，即著名的德黑蘭會議，就在歐洲開闢第二戰場問題達成協議，並就戰後分割德國、組建聯合國及波蘭邊界等問題形成初步意見。
1944年6月6日，美英盟軍實施諾曼第登陸戰役，正式在西歐開闢第二戰場。諾曼第登陸戰役前後持續了43天，盟軍取得了決定性的勝利，隨即向法國的德軍展開迅猛的進攻，很快便占領了法國的西北部地區，將殘餘德軍趕回齊格菲防線。8月25日，美軍與法國愛國者裡應外合，未經大戰便攻占了巴黎。
與此同時，蘇軍也在東線取得節節勝利，到1945年2月，德軍從史達林格勒一路敗退，已經龜縮到柏林郊區。腹背受敵的德國敗局已定，結束歐洲戰爭的日子為期已近。
1945年2月4～11日，美、英、蘇三國首腦聚會蘇聯克里米亞半島的雅爾達，召開了著名的雅爾達會議，或稱克里米亞會議。會議在原則上達成了戰後分區占領德國和大柏林的協議；為換取蘇聯儘早對日作戰，會議還犧牲中國的主權和利益，簽訂了大國分贓的雅爾達秘密協定，同意維持外蒙古現狀，把千島群島、庫頁島南部及附近所有島嶼劃給蘇聯，將大連港國際化，蘇聯租用旅順港作海軍基地，等等。
1945年3月中旬，美軍突破齊格菲防線，打到了萊茵河畔。3月25日，美、蘇軍隊會師易北河。27日，蘇軍攻進柏林市中心。30日，蘇軍占領柏林國會大廈，當日下午，希特勒在總理府地下室自殺身亡。5月2日，蘇軍攻占柏林，柏林城防司令率殘部投降。5月4日，德國西北部、南部和丹麥、荷蘭、奧意邊境的德軍全部向美、英軍隊投降。5月7日，阿爾弗雷德·約德爾將軍（Field Marshal Jodl）代表德國殘存陸海空軍前往法國蘭斯的艾森豪司令部向美英盟軍無條件投降。5月8日，德國無條件投降儀式在柏林近郊的蘇軍司令部舉行，凱塞林（Albert Kesselring）元帥等三名德軍將領代表德國最高統帥部簽署了無條件投降書，歐洲戰爭宣告結束。
在開闢歐洲第二戰場的同時，美英盟軍也加強了在太平洋戰場上的攻勢。1944年7月，美軍突破太平洋上的日軍內防禦圈，攻占了關島，將日本本土及西南諸島置於盟國正面打擊之下，日本陷入恐慌，東條英機內閣於7月18日倒台。
1945年4月1日，美軍開始進攻掩護日本本土的最後一道屏障沖繩島，日軍以滿載炸彈的「神風飛機」對美國軍艦和運輸船開展瘋狂的自殺戰術，在近3個月的激戰中，日軍傷亡11萬多人，被俘9000多人，損毀飛機8000多架，美軍損失飛機760架，傷亡7.5萬人，於6月21日最後占領沖繩島，徹底摧毀了日本本土的外圍防線。
從1944年6月開始，美國空軍便從中國基地起飛，開始轟炸日本本土。到1945年9月結束戰爭前，美軍總計炸死33萬日本人，炸傷大約50萬日本人，炸毀了日本66個城市40%的稠密建築區，摧毀了日本83%的石油提煉能力、75%的航空發動機生產能力、70%的電子和通訊設備生產能力、30%的兵工廠，將日本法西斯逼入經濟絕境。
1945年7月26日，美、英、中三國從柏林發表敦促日本無條件投降的《波茨坦公告》。7月29日，日本正式拒絕《波茨坦公告》。8月6日8時15分，美軍在日本廣島投下第一顆當量為2萬噸TNT的原子彈，廣島市中心4.4平方英里的地區頃刻間化作一片廢墟，78150人喪生，51408人受傷和失蹤。同日，美國總統杜魯門（Harry S. Truman, 1884-1972）發表關於原子彈的聲明，要求日本立即投降。但是日軍拒絕投降。8月8日，蘇聯對日宣戰，8月9日，蘇軍從中國東北地區向日本關東軍發起進攻；當天上午11時30分，美軍在長崎投下第2顆原子彈，炸死23753名日本人，炸傷43020人。8月10日，日本政府向美、英、中、蘇發出乞降照會，表示願意接受《波茨坦公告》，同時要求保持天皇地位。8月11日，杜魯門決定允許日本保留天皇，但自投降之日起，由盟軍最高統帥接管日本的國家權力，全體日軍就地停戰並交出武器。8月14日，日本政府正式宣布接受同盟國的要求。8月15日，日本裕仁天皇通過電台親自宣讀無條件投降的《停戰詔書》。9月2日，日本投降的簽字儀式在東京灣的美國戰列艦「密蘇里號」上舉行，日本外相重光葵和日本總參謀部代表梅津美治郎在盟軍最高統帥麥克阿瑟將軍、尼米茲海軍上將和中、英、蘇等國代表面前，簽署了日本無條件投降書。至此，第二次世界大戰以全世界反法西斯同盟的最終勝利而結束。