Первой стратегической целью войск Баграмяна в Белорусской операции стал Витебск. Эта крепость на Западной Двине была охвачена с флангов двумя широкими клиньями, однако вопреки ожиданиям немцев Баграмян сам город не атаковал. К моменту начала общего советского наступления 3-я немецкая армия, дислоцированная под Витебском, утратила свою прежнюю боевую мощь. Почти треть ее дивизий перебросили на другие участки фронта, мощная артиллерия сократилась почти наполовину. В резерве оставались лишь 14-я пехотная дивизия, несколько саперно-инженерных батальонов, 201-я охранная дивизия, а также карательный батальон. В самом Витебске находилось четыре дивизии – почти треть ударных сил.

Между тем Баграмян, в соответствии с разработанным штабом планом наступления, не собирался сразу же штурмовать Витебск. В первую очередь до подхода к городу его войсками были уничтожены или выведены из строя все немецкие резервы. Потом, подойдя к городу, была проведена усиленная артиллерийская подготовка, в которой участвовало около 10 тысяч орудий, а за ней последовал удар с воздуха бомбардировщиками. И только проведя такую мощную подготовку, в бой двинулась пехота. На контратаки немцев советские войска отвечали ударами танков и налетами бомбардировщиков. Части вермахта были вынуждены отступить на резервную линию обороны в 30 километрах западнее Витебска. Там на какое-то время им удалось восстановить непрерывную линию фронта.

Но через три дня наступавшие войска Баграмяна и Черняховского сомкнули кольцо окружения вокруг Витебска. Генерал-полковник Рейнгардт сумел вывести из города только одну из дивизий – 4-ю авиаполевую, сформированную из наземных частей люфтваффе и зенитной артиллерии. К утру 24 июня войска Баграмяна ворвались в тыл немецкой группировки, оставив Витебск позади себя, и город потерял свое стратегическое значение.

В связи с этим Гитлер отменил свой приказ об обороне города до последнего солдата и разрешил начать эвакуацию. В городе была оставлена только одна дивизия для его дальнейшей обороны.

Но выход из города на соединение с другими немецкими частями оказался невыполним. В городе осталась немецкая группировка в количестве 35 тысяч человек, которая еще в течение двух дней ожесточенно оборонялась. Последняя попытка вырваться из города была предпринята 26 июня. Немецкие части попробовали пробиться в юго-западном направлении, однако прорваться удалось лишь 8 тысячам немецких солдат. Но и они не смогли далеко уйти – в 20 километрах от Витебска эта группировка была вновь окружена и полностью уничтожена частями Баграмяна. В этом сражении немецкие войска понесли большие потери. Те, кто уцелел после боя, попали в плен.

Но войска 1-го Прибалтийского фронта продолжали двигаться вперед, освобождая территорию Белоруссии от немецких войск. Оценив по достоинству вклад Ивана Христофоровича Баграмяна в успешное проведение Белорусской операции, ему было присвоено звание Героя Советского Союза.

Весной 1945 года Баграмян стал командующим 3-м Белорусским фронтом, который под его руководством принял участия в ряде наступательных операций, позволивших советским войскам быстро прорваться в сердце Германии. Он не принимал участия в штурме Берлина, но за выдающиеся заслуги в завершающих операциях Великой Отечественной войны Баграмян был награжден вторым орденом Суворова I степени.

24 июня 1945 года он среди заслуженных советских полководцев принимал участие в Параде Победы.

После войны Иван Христофорович Баграмян занимал высокие посты в Вооруженных Силах СССР.

Назначенный сразу после окончания войны командующим войсками Прибалтийского округа, он оставался на этом посту до 1954 года. Затем в течение года был главным инспектором Министерства обороны СССР.