19 sierpnia po raz kolejny poprowadzono uderzenie na niemieckie pozycje, celem było ostateczne przerwanie umocnień. W ciągu trzech dni walk nad rzeką Metauro zniszczono niemiecką 278 Dywizję Piechoty, 31 sierpnia piechurzy zajęli główny punkt oporu – miasto Pesaro. 5 września 1944 roku 2 Korpus Polski został przesunięty do odwodów, a wraz z nim także 3 DSK. W dniach 6–17 grudnia 1944 roku wzięła udział w natarciu nad rzeką Senio, a po jej osiągnięciu zajmowała tam pozycję obronną, do kwietnia 1945 roku.
Ostatnią operacją, w której uczestniczyła 3 Dywizja Strzelców Karpackich, była ofensywa w Dolinie Lombardzkiej, która miała miejsce na przełomie kwietnia i maja 1945 roku. W ramach działań 2 Korpus Polski otrzymał za zadanie sforsowanie rzeki Senio na północ od miasta Faenza, osiągnąć szosę Ferrara-Bolonia i opanować Bolonię. 9 kwietnia ruszyło natarcie, poprzedzone ostrzałem 1200 dział i nalotem 700 bombowców. Przyczółki miała zdobyć 3 Dywizja, po czym do akcji miały ruszyć pozostałe jednostki. W czasie przeprawy 18 bombowców typu „Liberator” omyłkowo zbombardowało polskich żołnierzy, lecz nie zatrzymało to natarcia. 12 kwietnia rzekę sforsowano, a pod miejscowością Santerno rozbito niemiecką 4 Dywizją Strzelców Spadochronowych.