5月16日，第198師在航空火力的支援下，順利攻克馬麵關和橋頭2個日軍據點。靈活機動的戰術，使遠征軍的指戰員在高黎貢山中嚐到了勝利的果實。
5月21日，第198師主力再次向北齋公房發起攻擊，與日軍形成對峙。日軍為了保住北齋公房這個據點，陸續把第54師團的主力調來增援，第198師久攻未克。
日軍緬甸方麵軍將軍河邊正三對中國遠征軍如此迅速地渡過怒江感到震驚。但是，這個日本將軍把主要精力放在對付英、美盟軍上，他甚至認為，失去滇西，也不等於失去緬甸。當時，駐印軍圍攻密支那的戰鬥正激烈，日軍難以抽調更多的兵力向滇西增援。滇西日軍司令部對中國遠征軍的反攻雖有所防範，但自恃擁兵5萬之眾，又有滇西複雜地形和堅固工事可以依托，滿以為能夠應付中國遠征軍1個集團軍的進攻，因而也沒有向日軍緬甸方麵軍司令部求援。衛立煌分析強渡怒江成功後的戰場態勢，決定變更部署，指揮部隊迅速轉入全麵反攻。
衛立煌把新的反攻戰鬥設想向蔣介石請示。
蔣介石憂慮重重，責問衛立煌：敵前變更部署，關係重大，誰負責？
“我願意負責。”衛立煌堅定地回答。
蔣介石“嗯”了一聲，放下了話筒。
衛立煌找到美軍聯絡部的司令官竇恩，表明戰機難得，要求盟軍的轟炸機進行戰略性轟炸，戰鬥機應全部出動，配合遠征軍反攻。
竇恩聽完衛立煌的反攻方案，當即表示：一切照辦。
於是，滇西反攻戰拉開了更為激烈的一幕。
國民政府軍事委員會於5月22日發出命令，要求中國遠征軍迅速攻占滇西的滕衝、龍陵等日軍據點，與駐印軍在緬北會師。為此，衛立煌命令第20集團軍為右集團軍，按照原定計劃向滕內政擊；第11集團軍為左集團軍，向龍陵攻擊，並要求各部隊加快進攻節奏。
6月9日，日軍向馬麵關、橋頭陣地進行反攻，突破了第198師的陣地。第54軍得知這一信息，立即命令第36師主力向橋頭的日軍發起攻擊，把日軍擊退。不久，另一支增援部隊第11集團軍第2軍預備第二師也奉命趕到，使中國遠征軍的力量大增。
6月14日，中國遠征軍第198師、第36師、預備第2師密切配合，終於攻克了北齋公房這個日軍據點。
在高黎貢山，中國遠征軍經過一個多月的苦戰，至6月21日，北路第54軍殲滅日軍第56師團第148旅團1部，攻克茶房、馬麵關、北齋公房後，進占瓦甸。南路第53軍擊潰日軍第48旅團一部，攻克大塘子、南齋公房、江直街後，直接威脅滇西戰略要地滕衝。
至此，中國遠征軍2個集團軍16萬人，在衛立煌的指揮下，全部成功地渡過怒江天塹，在怒江西岸日軍林立的據點中奪占了眾多陣地，站穩了腳跟，挫敵鋒芒，取得了滇西反攻作戰的第一步勝利，完成了初期反攻任務，戰績震驚中外。
盟軍高度評價中國遠征軍的渡江作戰，他們認為，“中國軍隊強渡怒江出擊，是東南亞過去一周內盟軍作戰的重要新聞”。美國《時代》雜誌對遠征軍的抗戰事跡進行專題評論，封麵上刊登了衛立煌攜軍騎馬的照片，醒目的標題是“常勝將軍衛立煌”。
鬆山雄峙於怒江西岸，惠通橋以西的叢山中，滕衝與龍陵兩大據點之間，東距惠通橋20多公裏，西到龍陵50多公裏，南為陰登山，北為黃土坡，中間為鬆山主峰，是日軍在滇西的四大據點之一。鬆山周圍山勢綿亙，地形險峻，滇緬公路蜿蜒盤繞峽穀之中，被盟軍喻為“東方的直布羅陀”。鬆山據點自身堅固，與龍陵、滕衝互為犄角。
日軍第56師團第113旅團3000多人駐守鬆山，這些日本鬼子侵占鬆山兩年多來，遍山修築工事，設置明碉暗堡，堡壘分設三層，上層用作觀察與射擊，中層用作寢室或射擊，下層用作掩體和存放彈藥的倉庫。日軍還配置了水電設施，頗有一夫當關、萬夫莫開之勢，是滇緬會戰中最難攻破的一個日軍據點。鬆山不克，遠征軍無法奪取龍陵，滇緬公路就無法暢通。
衛立煌看到，鬆山這個據點分隔了遠征軍左右2個集團軍之間的聯係，隻有奪取鬆山，才能掃除遠征軍繼續西進的障礙。因此，衛立煌對鬆山攻堅戰特別關心。
第20集團軍第8軍渡過怒江後，接替了新編第28師的作戰任務。7月下旬，第8軍在軍長何紹周的指揮下，連續五次向鬆山發起攻擊，攻克了鬆山的外圍工事，但是，當部隊攻至鬆山的核心工事附近時，受到日軍的堅決阻擊，遠征軍久攻不下。
遠征軍滇西反攻，第一塊“骨頭”就沒有啃下來，蔣介石極為不滿。蔣介石看到，滇西的日軍據點不拔除，滇緬公路就難以暢通，中國軍隊的補給就更困難了。為此，蔣介石不顧滇西戰場的情況，嚴厲命令第8軍必須於9月上旬收複鬆山，一旦貽誤戰機，第8軍軍長、師長、團長都將受到軍法處置。
衛立煌司令長官為奪取鬆山據點費盡心機，他親自到第8軍的指揮所，指揮將士們逼近日軍，采用坑道作業和連續炮擊相結合的戰術，攻克了鬆山。
在圍攻鬆山的重要時刻，第8軍軍長何紹周從馬上跌下來，被迫送到昆明治療。副軍長李彌接替軍長何紹周指揮。李彌是雲南滕衝人，1925年秋考入黃埔軍校第四期，畢業後先後擔任軍官教育團排長、第22軍第2團營長、第59師第350團團長、第5師副師長等職務，率部參加第一次長沙會戰和昆侖關會戰。1940年5月升任第8軍榮譽第1師師長。李彌同日軍作戰多年，對滇西的地形熟悉。
軍令是嚴厲的，軍令也能催人發奮。李彌總結兩個多月來未能攻克鬆山的經驗教訓，提出先集中炮火近距離猛烈轟擊日軍的堅固工事，再請美國空軍低空投彈相結合的辦法，摧毀日軍在鬆山山頂的堅固堡壘。
為了攻克鬆山這個日軍的堅固堡壘，工兵營官兵有勇有謀，在陣陣炮聲的掩護下，連續數天不停地在堅硬的山中進行挖壕作業，在鬆山頂峰日軍的工事下挖出了兩條地道，地道的盡頭挖成一個大炸藥室，把10噸梯恩梯炸藥放到日軍的據點下麵。為了不被日軍發覺，這個藥室垂直向上距日軍陣地約30米。
9月8日，離蔣介石規定的期間隻有2天了。
突然，鬆山上響起了一聲驚天動地的巨響，10噸烈性炸藥成功地爆炸了，鬆山的山頂被炸翻了。駐守鬆山的日軍第56師團第113旅團的官兵在不知不覺中，全部被殲滅了。打掃戰場時，遠征軍官兵發現，據點裏僅剩數十名日軍重傷員和20多名軍妓。
第8軍主力圍攻鬆山，血戰64天，終於用古老而有效的辦法，攻克了鬆山這座堅固的日軍據點，從而使滇西反攻這盤棋更加活躍了。日軍的廣播電台哀歎：鬆山守軍全部“玉碎”。中央社的電訊說：“今日上午4時，我軍將鬆山敵陣最後數處堅固工事摧毀，頑強抵抗之敵軍，至此全部與陣地同歸於盡。”
這是中國遠征軍在滇西反攻中攻克的第一個日軍的重要據點。在這場艱苦的持久反攻戰中，遠征軍為攻克日軍據點遭受重大傷亡，第8軍傷亡達6000多人，其中第1師第3團傷亡就有3000多人，部隊整編時，這個團僅存1連人。
戰後，雲南省政府在滇西的保山、昆明的圓通山上，建立了抗日陣亡將士紀念碑，以示昭念。
第8軍軍長何紹周傷好後，調任昆明警備司令部副總司令，在決定軍長人選時，何應欽曾經建議由中央軍校的一名軍官擔任軍長。軍政部長陳誠竭力向蔣介石推薦，李彌在鬆山戰鬥中戰功卓著，應該升任軍長。駐第8軍的美國顧問組組長也竭力推薦李彌，蔣介石終於任命李彌為第8軍軍長。
滕衝，舊稱滕越，位於滇西大盈江東岸，是三國時期被諸葛亮七擒七縱那位孟獲酋長的都城，也是古時南方絲綢之路上的一個重要集鎮。滕衝東接保山和下關，西麵過大盈江後，進入緬甸的八莫和密支那，南麵為大盈江的一條支流。滕衝四麵都是山嶺，城東是飛鳳山，城南是來鳳山，城西是寶鳳山，城北是高梁山，這些山嶺虎視全區，地勢險要，控製了滕衝城區穀地及滇緬公路。滕衝是滇緬公路上的一個要衝。
滕衝的城垣，下麵是巨石，上麵為巨磚砌成，抗力大。日軍侵占滕衝後，不僅把城區工事修得極為堅固，滕衝外圍各據點也修築了半永久性工事。在高黎貢山日軍的四大據點中，滕衝的防禦工事最為險要堅固。防守滕衝的日軍主要是擅長叢林作戰的第56師團第148旅團主力以及第18師團第114旅團一部，這些日軍彈藥儲備充足，防守工事堅固。
6月下旬，衛立煌得知，遠征軍向龍陵發起攻擊後，日軍就調滕衝的部分兵力前往增援龍陵，衛立煌認為，這是攻擊滕衝的有利時機，即電令第20集團軍兵分三路，向滕衝發起攻擊。衛立煌提出，攻擊部隊應以部分兵力從左翼迂回，奇襲滕衝，這樣，可以避開日軍構築的堅固工事，減少部隊傷亡，加快進攻速度。
6月25日，第20集團軍所屬第54軍從龍川江西岸向滕衝推進，第53軍從清水河南岸向滕衝推進。
6月26日，第36師的先頭部隊越過老祖墳，迅速向南推進。預備第2師到達那寨、寶華寺一線。
6月29日，第20集團軍各部隊先後迫近滕衝外圍的日軍據點，立即進行攻擊前的準備工作。
7月2日，第20集團軍以左翼為重點攻擊方向，向滕衝的日軍外圍據點發起攻擊。盟軍的飛機猛烈轟炸滕衝四周的日軍工事，遠征軍炮兵頻繁進行炮擊。經過20多天的激戰，第20集團軍各部先後攻克了寶鳳山、飛鳳山，但是，來鳳山的日軍依托堅固工事，頑強死守。遠征軍使用火焰噴射器噴射日軍據點，把據點內的大部分日軍燒死，終於占領了來鳳山，奪取了滕衝外圍的全部據點。火焰噴射器是當時的先進武器，在崇山峻嶺作戰，對堅固工事和洞穴內的敵軍作戰效果很好。日軍遭到打擊後，被迫退入滕衝城內，固守待援。