早在在蘇聯境內作戰時，希特勒便提出過“城市堡壘”的概念，即即使身陷重圍，德軍仍要把守主要城市和交通樞紐，這一次德軍統帥部使柯尼斯堡在完全孤立的條件下做好了長期防禦的準備。 市內有地下工廠、兵工廠和倉庫。要塞的防禦體系，由外層防禦圍郭(在1月份幾次戰鬥中已被蘇軍突破)和三道陣地組成。
第一道陣地距市中心6—8公里，包括2—7條有交通壕的塹壕和大量防坦克障礙物、15箇舊堡壘及其他防禦工事。
第二道陣地構築於市郊，由適於防禦的磚石建築物、設置於交叉路口的街壘以及永備發射點和佈雷地段組成。
第三道陣地沿舊城界構築，依託9個老式堡壘。守衛柯尼斯堡的有4個步兵師、若干國民衝鋒隊獨立團和獨立營。其編成內共約13萬人、近4000門火炮和迫擊炮、108輛坦克和強擊火炮。蘇軍人數與德軍大致相等，但火炮比德軍多0.3倍，坦克和自行火炮多4倍，航空兵多13倍。 在開始強攻柯尼斯堡前，方面軍炮兵在紅旗波羅的海艦隊所屬鐵道炮兵參加下，四天內對德軍永備發射工事進行了破壞。在此期間，航空兵由於天氣不適于飛行而未行動。
1945年4月6日，白俄羅斯第3方面軍在進行一個半小時炮火準備並實施航空兵突擊後發起進攻。德軍進行了頑強抵抗。但蘇軍勇猛前進。至日終前，第39集團軍已楔入德軍防禦4公里，並切斷了柯尼斯堡—皮勞鐵路。第43、第50集團軍和近衛第11集團軍突破了第一道陣地，直逼市區。第43集團軍部隊首先突入柯尼斯堡。隨後幾天，進攻加快速度進行。天氣的明顯好轉使航空兵能夠全力出動。
4月7日晝間，該市西南區和西區遭到了密集的空中突擊，德軍在這兩處扼守一條溝通柯尼斯堡守軍與澤姆蘭半島軍隊聯繫的狹小走廊。蘇軍航空兵在一天的戰鬥中共出動4758架次，向德軍投擲了1658噸炸彈。至4月8日日終前，蘇軍攻佔了該市港口、鐵路樞紐和許多軍工目標，割斷了要塞守軍與澤姆蘭半島軍隊的聯繫。這天，蘇軍統帥部派出軍使敦促守軍放下武器。但德軍繼續抵抗。
4月9日晨，第43集團軍打破了守軍一些部隊西逃企圖。德軍坦克第5師由澤姆蘭半島向柯尼斯堡實施的相向突擊也未得逞。在蘇軍炮兵和大約1500架飛機對殘存的抵抗樞紐部進行密集突擊之後，近衛第11集團軍對市中心的德軍發起衝擊，於4月9日21時迫使要塞守軍投降。
柯尼斯堡戰役，共消滅德軍官兵約4.2萬人;俘獲約9.2萬人，其中軍官 和將軍近1800名;迫擊炮1652門、飛機128架。爲紀念柯尼斯堡戰役設立了攻克柯尼斯堡獎章，總共授予約76萬人攻克這枚獎章。約200名軍人被授予蘇聯英雄稱號。
