Размеры катастрофы на южном крыле германского фронта были впечатляющими. Под ее влиянием в Румынии произошел государственный переворот. 23 августа диктатор Антонеску, который стоял за продолжение борьбы на стороне Германии, был свергнут. Король Михай сформировал новое правительство на основе широкой коалиции различных партий. Оно обязывалось обеспечить немедленное прекращение военных действий против стран антигитлеровской коалиции. 25 августа от имени советского правительства по радио было передано заявление. В нем говорилось, что Советский Союз не имеет намерения приобрести какую-либо часть румынской территории или изменить существующий в Румынии социальный строй, или ущемить каким-либо образом ее независимость. В заявлении отмечалось, что если румынские войска прекратят военные действия против советских войск и совместно с ними будут вести освободительную борьбу против немцев, то Красная Армия не будет их разоружать. Налет на Бухарест дал румынам основание повернуть оружие против Германии. Попытки Гитлера "ликвидировать путч" вызвали вооруженное восстание в румынской столице, где первую скрипку играли коммунисты.
Фронт отступающих германских войск смешался. Повсюду, где оборону держали румынские войска, они открывали путь для продвижения Красной Армии или переходили на советскую сторону. Отдельные части немцев пробивались на запад к Карпатам, в то время как армии 2-го и 3-го Украинских фронтов неудержимо катились на юг. 29 августа была занята Констанца — главная военно-морская база Румынии. 30 августа совместными действиями советских и румынских войск был освобожден Плоешти — основной центр производства нефти для германского рейха. На следующий день бурно приветствуемые восставшими жителями войска вступили в Бухарест. Колонну возглавляла 1-я румынская добровольческая дивизия имени Тудора Владимиреску. В результате заключенного перемирия Румыния выпала из числа союзников Германии и перешла в стан антигитлеровской коалиции.