Bătălia pentru eliberarea oraşului Chişinău s-a încadrat în cadrul unei operaţii mai ample, care a vizat înfrângerea trupelor sovietice din masivul Cerneşti, înalt de circa 500 m, care constituia un adevărat bastion de apărare pentru sovietici, spre vest, sud şi nord, dar şi o foarte bună bază de plecare de atac spre Prut şi spre flancul sudic al Armatei 11 germane. Importanţa sa era sporită de existenţa, în centrul său, a oraşului Chişinău, principal centru istoric, economic şi politic al Basarabiei. Pentru cucerirea masivului s-a decis ca forţele Corpului 54 armată să treacă la ofensivă, la 13 iulie, lovitura principală executându-se pe direcţia Zahaicani – Orhei – Chişinău cu diviziile 50 infanterie germană, 5 infanterie şi 1 blindată române. Concomitent, Divizia 72 infanterie germană urma să atace pe direcţia Ungheni – Gara Bucovăţ, cu un detaşament pe direcţia Cerneşti – Călăraşi, iar Armata 4 română, aflată în dispozitiv, la sud de Iaşi, să treacă la ofensivă, la 14 iulie, în partea de sud a masivului.

Acţiunile militare au fost declanşate la 13 iulie, diviziile germane şi române întâmpinând o puternică rezistenţă din partea celor sovietice la Isacova şi Moruzeni, Mănăstirea Curchi, Orhei (în sectorul Diviziei 5 infanterie română), Sărăţenii Vechi, Braviceni (la Divizia 50 infanterie germană), ambele mari unităţi fiind regrupate apoi spre Nistru. Acest fapt l-a determinat pe generalul Erik Hansen, comandantul Corpului 54 armată german, să ordone, la 14 iulie, introducerea în luptă a Diviziei 1 blindată română, pe aliniamentul Cobâlca, Camincea, şi apoi să dezvolte ofensiva în spaţiul dintre Orhei şi valea Bacului spre Chişinău, să elibereze oraşul şi să intercepteze comunicaţia Chişinău-Tighina spre a ieşi în spatele forţelor sovietice care se opuneau Corpului 30 armată şi Diviziei 72 infanterie germane şi a le bloca retragerea spre nord. Deplaşându-se pe mai multe itinerare, marea unitate română a ajuns în seara zilei de 15 iulie la 8 km nord de Chişinău, pe aliniamentul nord Mihai Viteazul, Odaia lui Manoil, între unităţi ale corpurilor 2 cavalerie şi 5 armată sovietice, fiind în situaţia de a fi atacată în flanc şi spate.

Pentru a contracara această posibilitate, generalul Ioan Sion, comandantul Diviziei 1 blindate, a decis să continue înaintarea spre Chişinău, constituind în acest scop două grupări tactice.Ofensiva a fost declanşată în zorii zilei de 16 iulie, în scurt timp tanchiştii români pătrunzând în Chişinău şi trecând, fără sprijin de infanterie şi artilerie, la lichidarea rezistenţelor opuse de inamic. În timpul acţiunilor eliberatoare, sublocotenentul Ştefan Marinescu a înălţat pe turla bisericii „Sfânta Treime” tricolorul românesc. Seara, în jurul orelor 18, în oraş au pătruns şi primele elemente ale Diviziei 72 infanterie germane. Între timp, trupele sovietice au reuşit să dinamiteze şi să incendieze principalele clădiri din oraş, transformat în ruine. Eliberarea Chişinăului, la 16 iulie 1941, a constituit un prilej de bucurie pentru întreaga ţară. Relevând semnificaţia momentului, ziarul «Universul» consemna: „Hotarele ciuntite acum un an au fost reîntregite de ostaşul neînfricat al României. După Bucovina eliberată de sub jugul străin acum două săptămâni, iată că, numai după alte câteva zile cealaltă provincie robită – Basarabia a revenit la matcă”.

Momentul a dat lui luliu Maniu, preşedintele Partidului Naţional-Ţărănesc, prilejul de a adresa un memoriu generalului Ion Antonescu prin care îşi exprima bucuria şi satisfacţia pentru că „am recâştigat două provincii frumoase şi că am readus milioane de suflete româneşti la vatra strămoşească”, acţiune în care jertfa sângelui scump al armatei noastre glorioase a reparat ruşinea pe care cârmuitorii inconştienţi de pe vremuri au adus-o ţării noastre”. În continuare, însă, liderul naţional-ţărănist se pronunţa împotriva continuării războiului pe teritoriul sovietic, concluzionând: „Nu avem nici un soldat de sacrificat pentru scopuri străine. Trebuie să cruţăm armata noastră pentru scopurile noastre româneşti, care sunt multe şi mari şi de tragică actualitate pentru foarte apropiate vremuri”. Înfrângerea trupelor sovietice din părţile de nord şi centrală ale Basarabiei a reprezentat un moment deosebit în campania eliberatoare declanşată la 22 iunie 1941, înlesnind, la nord-est forţarea Nistrului, în zona Moghilev, iar la sud înfrângerea trupelor sovietice în zona Stoeneşti, Cania, Ţiganca şi apoi din partea de sud a provinciei.