腾冲旧名腾越，是南方丝绸古道上的一座著名古城。腾冲城战前有五万人口，城墙周长约四公里，高约七米，厚约四米，是用岩石筑成的，坚固异常。日军盘踞腾冲两年多，在城内修筑了三十多座重点堡垒，大街小巷，堡垒星罗棋布，战壕四通八达，整个腾冲城变成了一座庞大而坚固的堡垒。
8月2日，远征军第三十六师开始向西南城墙攻击，空军开始轰炸，将城墙炸开一个缺口，攻城部队在火炮和空军火力支援下突入城内。5日，美军飞机集中轰炸四周城墙，炸开十三处缺口。九天后，美军飞机猛轰东门日军守备队本部，日军第一四八联队长藏重康美大佐被炸死，由太田正人大尉代行指挥。经过反复争夺，西南角的日军全被歼灭。
17日，攻城部队从西南角和南门西侧阵地的城墙缺口陆续进入城内。预备第二师、第三十六师、第一九八师和第一一六师主力突入市区，展开巷战。日军室室设防，街巷堡垒处处开火，战斗空前激烈，远征军每天伤亡人数都在五百人以上。24日，远征军攻占西门阵地，9月1日，攻占东南角阵地，并先后攻克城内武侯寺、城隍庙、文星楼、县政府和秀峰山等阵地。９日，日军残余被远征军压缩到城东北角一隅。
这时候，蒋介石发来训令：“务必在‘九一八’国耻纪念日之前夺回腾冲。”攻城部队加强攻势。12日夜，日军指挥官太田大尉知道末日来临，便向军司令官和师团长发出凄惨的诀别电，烧毁军旗和密码本，破坏了无线电通讯设备，用残余兵力进行最后抵抗，结果全部被歼。五十多名残敌趁深夜暴雨，向东门外偷逃，也全部被歼。到14日上午，城内零星的日军已被肃清，腾冲完全收复，比蒋介石规定的期限提前了四天。
霍揆彰集团军的战报说：腾冲反攻战打了大校耗十多仗，毙敌联队长藏重康美大佐以下军官一百多名，士兵六千多名；我军伤亡官佐一千三百多名，士兵一万七千多名。阵亡官兵和死难民众，埋葬在腾冲国殇墓园，蒋介石、于右任和何应钦等人撰写了挽联。
在滇西反攻的左翼，宋希濂集团军于5月29日分别从攀枝花和毕寨各渡口渡江，分南北两路攻击龙陵和松山。
位于怒江惠通桥西北约六公里处的松山，海拔二千二百六十米。滇缅公路从惠通桥向西，环绕松山过腊猛街，经过狭长起伏的冈岭滚龙坡而到达龙陵。日军用两年时间在腊猛构筑了十六座大堡垒群和五座小堡垒群，堡垒间都有隧道直通，还储备了充足的粮服弹药，工事极为坚固。松山据点与腾冲、龙陵鼎足而立，日军必须死守。
6月2日，远征军从怒江东岸炮击松山。４日，钟彬军新编第二十八师的主力开始向上松林阵地攻击，第二天就占领了腊猛和竹子坡，同时切断了腊猛与龙陵之间的滇缅公路。这样一来，松山的日军和师团主力之间，只能靠无线电联络。此后三个月，松山的日军一直处于四面被围的境地。
日军凭借坚固的工事顽强抵抗，远征军的重炮连续命中松山阵地，仍然没有打垮日军。打了十九天，钟彬军已伤亡一千六百多人。司令长官部急派总预备队李弥第八军的精锐荣誉第一师开赴松山战场，与新编第二十八师交替。钟彬坐阵督战。黄杰军的新编第三十九师也南下到达松山附近。这时，惠通桥经过抢修，开始通车，汽车日夜把弹药输送到日军阵地前几百米的地方。
7月４日，远征军开始第二次攻势，占领了日军前沿阵地。在空军配合下，大大杀伤了松山的日军。但是，远征军还是未能前进。司令长官部又急派李弥军主力第八十二师和第一○三师从昆明开到松山，卫立煌、宋希濂和美国的窦恩准将，都到松山前沿视察。20日，李弥组织了一个非常坚强的尖兵团，由师长暂任团长，团长暂任营长，各级军官依次下降，开始第三次攻势，
８月２日，远征军占领了干路子阵地。日军守备队长金光为了提高士气，挑选二十八名精干士兵，组成挺进破坏班，身着中国便衣，趁夜袭击远征军的炮兵阵地，炸掉了几门山炮。此后，远征军仍以优势炮火，在战斗机掩护下，主攻关山阵地。远征军用二十天左右的时间，把坑道挖到日军关山阵地之下，使用三吨TNT黄色炸药，施行大规模爆破，把松山日军的核心堡垒完全摧毁。
９月７日下午，隐匿在山林中的日军残余全部肃清。松山战役打了三个多月，才告结束。当天，东京广播电台说：“腊猛守军全员玉碎。”
松山之战艰苦卓绝。整个战役使用兵力先后达到三个师，日军死伤八百五十人，而远征军死伤为六千七百六十三人，也就是说，远征军用八命换日军一命。黄杰在回忆录里谈到其中的原因：“实以松山地形复杂，蜿蜒数十里，敌人依据最强固之据点工事，凭险固守，虽经我空军炮兵之轰击，亦未能摧毁。”
攻克松山为远征军向龙陵、芒市和畹町的推进铺平了道路。
滇西日军丢失了腾冲和松山，只剩下龙陵最后一个重要堡垒。这里东距松山七十公里，北距腾冲约一百公里，沿途山峦起伏，地势险要，卡着滇缅公路的脖子，战略地