Am 1. Juli 1944 wurde die Armee der 1. Baltischen Front (General Bagramjan) unterstellt und nahm vom 23. Juni bis 29. August an der Operation Bagration und vom 14. September bis 24. November an der Baltischen Operation teil. Die 51. Armee erreichte am 31. Juli die Rigaer Bucht und schnitt dabei die deutsche Heeresgruppe Nord nordöstlich von Riga ab. Die Armeetruppen führten erfolgreich den Angriff in Richtung Panevėžys auf Mitau durch und drängten bis Oktober über Schaulen nach Memel durch. Ein nach Osten geführter Angriff der deutschen 4. und der 5. Panzer-Division während des Unternehmen Doppelkopf (16. bis 27. August) warf die sowjetischen Truppen zurück und erreichte Autz, lief dann aber vor Doblen und Schagarren fest. Nach einer Umgruppierung griff die Armee im Oktober westwärts an und erreichte in der Memeler Operation die Ostseeküste. Danach nahm die 51. Armee Stellung an der äußersten westlichen Flanke der 1. Baltischen Front, die sich quer durch Kurland gegen die Heeresgruppe Nord (deutsche 16. und 18. Armee) gruppierte. Einen Fortschritt erkämpfte die 51. Armee während der Ersten Kurlandschlacht (15. bis 22. Oktober 1944), bei sich die Armeetruppen etwa 10 Kilometer gegenüben dem deutschen III. SS-Panzerkorps vordrängte. Danach kam es auch in diesem Abschnitt bis zum Kriegsende zum Stellungskrieg.