Сложились также условия для освобождения восточной части Югославии и ее столицы Белграда, что и было осуществлено в октябре 1944 г. силами 3-го Украинского фронта совместно с частями югославской и болгарской армий. В ходе Апатин-Капошварской операции в ноябре – декабре 1944 года войска под командованием Толбухина с боем форсировали Дунай, разгромили противостоящие им части немецкой, венгерской и хорватской армий и вышли на Паннонскую равнину, создав условия для окружения Будапешта. В ходе двух следующих операций – Будапештской (декабрь 1944 – февраль 1945 года) и Балатонской – войска 3-го Украинского фронта совместно с войсками 2-го Украинского фронта блокировали группировку врага в Будапеште, отразили последнее крупное наступление вермахта во Второй мировой войне и взяли столицу последнего европейского союзника Германии – город Будапешт. Наконец, в ходе Венской операции в марте – апреле 1945 г. вновь во взаимодействии с войсками 2-го Украинского фронта разгромили немецкую группу армий «Юг», освободив от гитлеровцев территорию Венгрии и восточные районы Австрии. В Вене блистательный боевой путь полководца Ф. И. Толбухина был завершен.
После окончания Великой Отечественной войны 15 июня 1945 г. из соединений и частей Советской Армии, находившихся к этому моменту на территории Болгарии и Румынии, на базе управления 3-го Украинского фронта было сформировано управление Южной группы войск, которое также возглавил Толбухин, остававшийся на этом посту до января 1947 г. Эту должность он сочетал с должностью председателя Союзных контрольных комиссий в Болгарии и Румынии.
Оценивая Толбухина как героя и полководца, необходимо процитировать слова маршала А. М. Василевского:
В годы войны особенно ярко выявились такие качества Толбухина, как безупречное выполнение служебного долга, личное мужество, полководческий талант, душевное отношение к подчиненным… После войны Ф. И. Толбухин, занимая ответственные посты и будучи очень больным, продолжал успешно выполнять свои обязанности. Никогда не забуду, как Федор, лежа на больничной койке, буквально за несколько минут до своей кончины, уверял, что завтра он выйдет на работу.
В дни, когда готовилась и произносилась Фултонская речь, когда британские и американские войска концентрировались в Греции и Турции, а вчерашние союзники выбирали на территории СССР цели, подходящие для ядерных ударов, Ф. И. Толбухина ожидало еще одно, последнее задание на южных рубежах советской империи, построенной вопреки планам нацистской Европы. Речь шла о возможном отражении провокаций со стороны турецкой и греческой военщины, за спинами которых стояли войска Англии и США. В ходе ответного контрнаступления планировалось нанести удары по направлению на Стамбул (Царьград), Дарданеллы, Комотини и Фессалоники.