28 сентября 3-й Украинский фронт вместе с болгарской армией приступил к проведению Белградской операции. Она началась внезапным ударом войск по пограничным укреплениям противника, которые были практически сразу же прорваны. Затем, преодолев Восточно-Сербские горы, войска вышли к реке Мораве. 10 октября 57-я армия 3-го Украинского фронта форсировала реку и продолжила наступление к Белграду. Столица Югославии была освобождена совместными действиями советских и югославских войск. Освобождение Белграда оказало влияние на дальнейший ход войны. Немецкие части стали быстро покидать другие районы страны и даже Грецию, боясь быть отрезанными от территории Германии.

После освобождения Белграда войска Толбухина были перегруппированы в район южнее Будапешта и 20 декабря включились совместно с войсками 2-го Украинского фронта в проведение Будапештской операции. Наступление войск Толбухина привело к окружению противника в районе венгерской столицы, которая была взята 13 февраля 1945 года. Взятие Будапешта открыло войскам Толбухина путь на Вену и к южным районам Германии.

Чтобы сдержать стремительное наступление войск 3-го Украинского фронта, немецкое командование предприняло еще одно крупное контрнаступление в районе озера Балатон. С этой целью в этот район из Бельгии и Франции была переброшена 6-я танковая армия СС. Против войск 3-го Украинского фронта противник сосредоточил 31 дивизию (в том числе 11 танковых), 1 моторизованную бригаду и 4 бригады штурмовых орудий. Немецкие войска с воздуха поддерживали 850 самолетов.

Войска Толбухина по приказу Ставки перешли к обороне с целью измотать противника предварительными боями и нанести ему как можно больший урон. Оборона была построена в два эшелона и занимала в глубину 25—30 километров. В ходе девятидневной Балатонской оборонительной операции (с 6 по 15 марта) войска 3-го Украинского фронта не только отразили вражеское наступление, но и сумели сохранить силы для контрнаступления на немецкие части, расположенные на территории Австрии. Так 9-я и 4-я гвардейские армии даже не были задействованы в Балатонской операции, и именно им предстояло стать ударной группировкой в предстоящем наступлении.

16 марта они двинулись вперед и, взаимодействуя со 2-м Украинским фронтом, овладели западными районами Венгрии. После небольшой перегруппировки сил войска двинулись на Вену и уже 13 апреля заняли столицу Австрии. В ходе боев за австрийскую столицу и на ее подступах советские войска разгромили 11 танковых дивизий, уничтожили или захватили около 1500 танков и самоходных орудий, взяли в плен более 130 тысяч солдат и офицеров противника. Боевой путь 3-го Украинского фронта завершился в предгорьях Альп.

26 апреля Указом Президиума Верховного Совета СССР Федор Иванович Толбухин был награжден высшим военным орденом «Победа».

После окончания войны маршал Толбухин командовал Южной группой советских войск. При этом он занимал должность председателя Союзной контрольной комиссии в Болгарии и Румынии.

В январе 1947 года он был назначен командующим войсками Закавказского военного округа. Однако напряженная деятельность и прошедшая война подорвали здоровье маршала.

Федор Иванович Толбухин умер 17 октября 1949 года на пятьдесят шестом году жизни. Прах его был захоронен на Красной площади в Кремлевской стене.

7 мая 1965 года, в канун 20-летия Победы над фашистской Германией, Маршалу Советского Союза Федору Ивановичу Толбухину было присвоено посмертно звание Героя Советского Союза.

(16.12.1901—15.04.1944) – генерал армии (1943)