第二次世界大戦中は日ソ中立条約により戦闘地域にはならなかったが、大戦終結直前の1945年8月9日にソ連が条約を破棄して日本に宣戦布告、侵攻し、南樺太と千島列島の全域を占領した。ソ連は翌1946年に併合を一方的に宣言し南サハリン州を設置、1947年これらの地域をサハリン州に編入した。
1945年9月17日、ソビエト連邦により南サハリン・クリル列島住民管理局設置。
1946年2月2日、ソビエト連邦、南樺太及び千島列島の領有を宣言する。南サハリン州設置。
1947年1月2日、サハリン州設置。南サハリン州はサハリン州へ編入される。
ソ連はサハリン全域を自国のものとするにあたり、日本の南樺太統治の中心であった豊原とその周辺を併せユジノサハリンスク市と改称し、これを州都としてサハリン州を成立させた。その後、全域にロシア人の入植が進み、現在ではかつての日本人の居住地も完全にロシア化されている。
1989年から外国人が立ち入りが許可されたために『薬師丸ひろ子が見た！ サハリン（樺太）縦断1000キロ』という特別番組が放送された。それで今まで不明であったサハリンの様子が明らかになった。
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ソ連崩壊に伴う冷戦の終結を契機として日本とサハリンの間の交流は活発化し、稚内港からは国際フェリーが、札幌及び函館からは航空機が運航されるようになっている。多くのロシア漁船が稚内港や根室港に入港し、海産物を水揚げするようになったのもロシア連邦成立以降に顕著になったことである。サハリン州との交流の活発化により、稚内市内や根室市内にはロシア語の標識や表記が増えている。また、サハリンにおける油田、ガス田開発（サハリンプロジェクト）の進展により、石油メジャー、日本の大手商社が開発に参加。2004年、採掘された最初の石油が日本に輸出された。日本とサハリン州の関係はさらに緊密になるものと考えられるが、今なお解決されていない領土問題が暗い影を落しているのも不幸な事実である。
一方、千島列島の択捉島について、ソ連崩壊後に続いたロシアの経済不振と1994年に発生した北海道東方沖地震の影響から、人口は減少傾向にあった。
だが、ソ連崩壊後、ユダヤ系ロシア人のアレクサンドル・ベルホフスキーが創業した水産加工のギドロストロイГидрострой社（本社はユジノサハリンスク）が、周辺の豊富な水産資源と北米の冷凍食品市場とを結びつけて、めざましい成長を示し、択捉島の経済基盤は強固なものとなった。同社は現在、別飛（ロシア名・レイドヴォ Рейдово）に日産400tの加工が可能な大工場を持つほか、蓄積した豊富な資本を元に択捉銀行БАНК "ИТУРУП"を設立、金融業にも乗り出した。しかし、日本政府が領土問題がらみで規制を行っているため、日本企業はこのビジネスチャンスに公式には協力できていない。
また、北部の茂世路岳（クドリャブイ火山）は、その火山ガスに、レアメタルであるレニウムを大量に含有している。このため、ロシア科学アカデミーの科学者たちは、レニウムの世界有数の産出源になり得る火山として茂世路岳を見なしている。
インフラ整備では、2015年を目標年次とするロシア政府のクリル開発計画によって、中心都市のクリリスク（紗那）の近くに新空港が建設中である。
北方領土に投資をさせず、経済的に困窮させて日本への返還を誘発しようという日本政府の戦略は、少なくとも択捉島に関する限り、完全に行き詰っているといってよい。
また、国後島ではソ連崩壊後に続いた経済不振と1994年に発生した北海道東方沖地震の影響から、人口は減少傾向にあったが、近年のめざましいロシアの経済成長に伴い、この島にも人口増に向けたテコ入れが始まっている。2015年を目標年次とするロシア政府のクリル開発計画では、立ち遅れているインフラ整備などに重点的な投資がなされる予定である。
ユージノクリリスク（古釜布）に、日本政府のロシアへの援助として建設された日本人とロシア人の友好の家（通称：ムネオハウス）がある。
国後島では、日本のテレビ放送（テレビ北海道は映らない。カラー方式はNTSC）が映り、一部の住民が日本のテレビを情報源にしている。大部分の住民は、ロシアのテレビ（カラー方式はSECAM）を視聴している。北海道放送(HBC)では、一時、北方領土の住民向けに天気予報の画面にロシア語のテロップを入れていた。
2009年2月、戦後の首相として初めて麻生太郎首相が訪問した。