С 29-го сентября по 3-е октября подвижные корпуса 2-ой ударной армии при поддержке 23-го мотострелкового корпуса разгромили соединения 2-го румынского корпуса и части охраны побережья в низовьях Дуная. В плен было взято 45 тысяч румынских военнослужащих.
В результате проведения войсками Южного фронта операции «Гроза» была захвачена румынская территория размером 120 км на 130 км, полностью разгромлены 9 румынских дивизий. Понесли большие потери три немецких и шесть румынских дивизий. Полностью разгромлен нефтеносный район Плоешти. Добыча и транспортировка нефти в Германию из этого района прекращена[29]. Захвачен крупнейший румынский порт Констанца. Почти полностью уничтожен румынский флот[30]. Несмотря на то, что взять Плоешти не удалось, задачи, поставленные перед командованием Южного фронта и Черноморского флота, следовало считать выполненными.
В наступлении были впервые использованы новейшие танки Т-34 и Т-50. Танковые дивизии, вооруженные новыми танками, просто сметали с поля боя румынские пехотные части. Имеющаяся у противника противотанковая артиллерия калибра 37 мм, полковая артиллерия и противотанковые ружья оказались совершенно не эффективны против наших новых танков. Остановить наши танки противнику удалось только перед Плоешти массированным применением зенитных пушек калибром 88 мм, снятых из системы ПВО нефтеносного района. Ослабление системы ПВО позволило ВВС Южного фронта и дальней авиации разгромить нефтепромыслы и нефтеперерабатывающие заводы.
Введенные в бой авиадивизии, оснащенные новейшими типами самолетов, на протяжении всей операции удержали господство в воздухе, несмотря на переброску германским командованием значительных сил истребителей из Прибалтики. Особенно хорошо зарекомендовали себя истребители Як-1, штурмовики Ил-2, бомбардировщики Петлякова и Архангельского.
Оправдала себя и сделанная до войны ставка на всемерное развитие воздушно-десантных войск. Переоборудование устаревших тяжелых бомбардировщиков ТБ-3 в военно-транспортные самолеты позволило применять воздушные десанты массировано. Использование воздушно-десантных корпусов для захвата важнейших мостов обеспечило проведение операции в высоком темпе, и в конечном итоге, позволило Южному фронту успешно решить все поставленные перед задачи до переброски противником резервов из Германии.
К началу осенней распутицы войска фронта заняли в Румынии удобные для обороны позиции по крупным естественным преградам: отрогам Карпат, рекам Прут, Бузэу, Яломица, Теленяж, Дунай и по Дунайскому каналу.