1944年4月21日，方面军由
列宁格勒方面军左翼各集团军组建，目的在于为收复苏联波罗的海沿岸地区做好准备。方面军领率机关在第20集团军野战领率机关基础上组建。波罗的海沿岸第3方面军编有诸兵种合成第42、第54、第67集团军和空军第14集团军，尔后编入第61集团军和突击第1集团军。7月，方面军实施普斯科夫—奥斯特罗夫战役(1944)，突破德军代号为“豹”的坚固筑垒防御地区，粉碎其重兵集团，并向西推进50—130公里。8月至9月初，方面军实施
塔尔图战役(1944)，连克塔尔图、沃鲁、古尔贝内等城，向前推进100公里，占领了对德军纳尔瓦集团侧后实施突击、并向里加湾继续进攻的有利位置。9月至10月，在里加战役(1944)中，波罗的海沿岸第3方面军协同波罗的海沿岸第2和第1方面军，重创德军第16和第18集团军主力。1944年10月16日，方面军被撤销，其野战领率机关同方面军直属部队调最高统帅部大本营预备队(1945年4月28日，方面军领率机关被撤销)，所属部队分别转隶列宁格勒方面军，波罗的海沿岸第1、第2方面军和最高统帅部大本营预备队。
司令——1944年4—10月为马斯连尼科夫上将(1944年7月28日晋升为大将)，军事委员会委员——1944年4—10月为鲁达科夫中将，参谋长——1944年4—10月为瓦什克维奇中将。