8月2日，第36師攻城戰鬥開始了。
美國空軍的一架架轟炸機從山林中飛過，炸彈接二連三地落在日軍的據點裏，在滕衝的城牆上先後炸開了13處缺口，日軍第148旅團的旅團長藏重康美大佐也被炸死了。
炮兵開始發威了，炮彈雨點般地傾瀉下來，滕衝城內，到處是爆炸聲，山川震眩，聲動江河。日軍的工事在炮彈的爆炸聲中倒塌了，日軍官兵成了異國之鬼。
在一陣陣響亮的號聲中，攻擊部隊向日軍發起了衝擊。經過兩天激戰，遠征軍將土奪占了日軍的7個堡壘。日軍遭到重大損失，仍然頑強固守。接連10多天，第2集團軍一麵抓緊進行攻城準備，一麵要求美國空軍不停地對滕衝進行轟炸。
這是一場真正的惡戰，遠征軍將士每天都傷亡四五百人，戰場慘不忍睹。
8月15日，第20集團軍各部隊向滕衝發起總攻。經過6天的激戰，滕衝堅固的城垣終於被遠征軍將士突破了。第36師、第198師、第116師的官兵先後突入城內。但是，日軍憑借滕衝城區的核心工事，繼續抵抗。遠征軍將士每奪占一條街巷，都要付出代價。
滕衝城內的戰鬥持續了近1個月，這是異常艱苦的城市攻堅戰。
蔣介石始終關注滕衝攻堅戰。蔣介石電令攻城部隊：“滕衝必須在9月18日國恥紀念日之前奪回。”
9月14日，第20集團軍的官兵再次發起猛攻。駐守滕衝的日軍太田大佐感到末日要來臨了，向軍司令官和師團長發出了臨死前的哀鳴訣別電，命令士兵燒毀日軍軍旗和密碼本，砸毀了無線電報機，作垂死抗爭。遠征軍將士攻城不止，終於攻克滕衝，全殲第148旅團殘部。日軍代理旅團長和部分官兵彈盡糧絕，孤立無援，在絕望中先後自殺了。日本人所著《大東亞戰爭全史》記述侵占滕衝的日軍覆滅時，說：“……隻有一隻眼，一隻手和一條腿的官兵，那種悲壯的情景宛如阿修羅場，足以泣鬼神”。
滕衝攻堅戰，中國遠征軍經過2個多月的苦戰，終於拔除了滇西這個日軍堅固據點。
滕衝攻堅戰，是滇西反攻戰役中帶有決定意義的一次戰鬥，對於徹底殲滅滇西境內的日軍，打通滇緬公路，具有重要作用。中央社報道：“滇西重鎮之滕衝，14日上午10時，已為我軍完全收複。在此次攻城戰鬥中，敵軍第56師團之148旅團長重鬆大佐於滕衝為我擊斃，寇軍3000餘人全部就殲”。
9月23日，第76師收複滇西日軍的另一重要據點平冥，入侵滇西的殘餘日軍向龍陵收縮，固守龍陵。
龍陵位於中緬邊境城鎮畹町的東北，滕衝的東麵，是滇緬公路上的一個要點，也是日軍滇西防禦體係中的四大據點之一。滇西日軍把主力部隊部署在龍陵。
第11集團軍根據衛立煌的命令，確定第71軍為右翼攻擊軍，第2軍為左翼攻擊軍，各部隊在5月30日前完成攻擊準備。其作戰方針是：“集團軍為攻略龍陵、芒市，決以主力由惠仁橋、迄七道河間地區各渡口，渡過怒江，重點置於右翼，向龍陵、芒市包圍攻擊”。
駐守龍陵的日軍是第56師團主力。日軍侵占龍陵兩年多來，在龍陵周圍的鬆山、陰登山、大地口、滾龍坡等地修築了多處據點，每個據點都用大圓木、鋼板等構築工事，形成據點群，據點中儲備了大量的糧食和彈藥，做好了長時間獨立作戰的準備。這些據點群中，以滇緬公路上的鬆山和鎮（康）芒（市）公路上的平易最為堅固。日軍把第113旅團的主力部署在鬆山、龍陵之間地域，把第146旅團部署在平芒市之間地域。從兵力和工事上看，日軍都做好了長期堅守龍陵的準備。
6月1日，第11集團軍第71師配屬第6軍新編第39師、第2軍，從惠通橋至三江口之間渡過怒江。4日，新編第28師攻克臘猛後，即向鬆山發起進攻。第71軍主力部隊第87、第88師沿著畢寨渡至龍陵的道路南側，向龍陵挺進。一周後，部隊進抵龍陵近郊。
6月10日，第71軍主力向龍陵發起攻擊。龍陵日軍憑借堅固工事，頑強抵抗，戰鬥成僵持狀態。
6月15日，當第71軍的突擊部隊攻進龍陵城內時，突然遭到從滕衝、上街前來支援的日軍第56師團第113旅團和永並支隊1500多人的夾擊，第87師主力見日軍越過龍川江迎頭阻擊，兩軍在龍陵北側地區展開激戰。這場遭遇戰打得難分難解，遠征軍官兵與日軍進行肉搏戰的關鍵時刻，芒市的600多名日軍緊急出動，也向龍陵增援。第71軍急忙命令新編第28師第84團前往阻擊。但是，這些增援的日軍仍有一部分進入龍陵城內，與固守龍陵的日軍會合。
第11集團軍總司令宋希濂看到，龍陵的日軍兵力增加，命令部隊暫時停止向龍陵進攻。第71軍各部隊被迫撤退到黃草壩，進行再戰準備。
這時候，龍陵城內的日軍除第113、第146旅團外，前來增援的日軍第53師團第119旅團的主力和第2師團第29旅團的1個聯隊也聚集到龍陵城內，總兵力達5000多人。日軍數量增加，作戰的指導思想也發生了變化，一度被動固守的日軍尋機向中國遠征軍進攻，以爭取主動。
6月18日夜晚，日軍向第71軍各部隊發起反擊，兩軍在龍陵周圍形成對峙，遠征軍一度處於被動態勢。衛立煌得知這一戰況，命令總預備隊第8軍所屬榮譽第一師迅速渡江，支援龍陵。22日，榮譽第一師對日軍發起攻擊，龍陵的戰局才穩定下來了。
6月28日，第71軍在遠征軍預備隊第8軍榮譽第一師的支援下，第二次向龍陵發起攻擊。戰鬥進行到7月7日，日軍第113旅團和永並支隊遭到沉重打擊，被迫向龍陵城郊撤退。中國遠征軍乘勢迫擊，與日軍在龍陵城附近形成對峙。
日軍收縮兵力的企圖，就是要固守龍陵。
第71軍得到新編第28師增援後，於7月13日第三次向龍陵發起攻擊。經過10多天的激戰，終於迫近龍陵的市區。誰知就在這時候，一個意外情況出現了。芒市日軍1000多人與平夏的日軍會合後，向西北方向出擊，直接威脅到第71軍的左翼。
宋希濂總司令考慮再三，命令第二軍兵分兩路，從東西兩麵向從芒市出動的日軍夾擊。這些日軍為了避兔在運動中被中國遠征軍殲滅，不得不退回芒市。
第17軍經過近一個月的準備，於8月14日第四次向龍陵發起攻擊。這次攻擊，持續10多天。城東南老東坡戰鬥，雙方反複爭奪，血戰6天6夜，遠征軍將士擊斃日軍400多人，自己傷亡800多人，終將日軍擊退。南天門戰鬥，遠征軍突入的人數較少，麵對多數日軍的阻擊，遠征軍將士毫不畏懼，斃敵300多人後，全部犧牲，無一人退卻。
8月26日，遠征軍突破日軍的外圍防禦，部分將士突入龍陵市區。但是，龍陵城內的核心陣地仍然由數百名日軍頑強死守，遠征軍將士幾番突擊，都未能攻克。
日軍大本營為了守住滇西這幾個重要的侵略據點，千方百計從日本國內抽調兵力，增援滇西戰場。8月中下旬，2000多名日軍官兵進入滇西各主要據點。龍陵的日軍得到人員和武器彈藥的補充後，侵略野心膨脹，再次進行反撲，企圖奪回龍陵的外圍據點。
9月3日，日軍第56、第2師團集中了1.2萬多人，向進攻龍陵的第71軍進行反擊。第71軍和第2軍第9師的官兵與日軍連續激戰7晝夜，頂住了日軍的反擊，並在第54軍第36師等部隊的支援下，把日軍擊退。
9月上旬，第5軍第200師奉命從昆明趕到滇西戰場，參加圍殲戰鬥。第8軍於9月7日殲滅了鬆山的日軍，遠征軍把炮兵部隊陸續調到龍陵戰場，攻城部隊急需的各種補給物資也源源不斷地運到龍陵。龍陵周圍，聚集了中國遠征軍第71軍、第8軍榮譽第1師、第200師、第20集團軍第36師等部隊，在兵力兵器上占有絕對優勢。第11集團軍總司令宋希濂認為，“一舉殲敵之際”已經到來，部隊士氣高昂。
誰知在圍攻龍陵的重要時刻，宋希濂收到國民政府軍事委員會的電報，調他回重慶到陸軍大學將官班受訓。將軍於勝利在望之際，不得不離開戰場，離開渾身上下都是鮮血的士兵。
10月25日，第71軍軍長鍾彬統一指揮各部隊，向盤踞在龍陵的殘餘日軍發起了猛烈攻擊。
這是中國遠征軍第五次攻擊龍陵。
這是一場持久的攻堅戰。在滇西反攻中，攻打龍陵的戰鬥時間最長，參戰兵力最多，戰鬥最為激烈；最為殘酷。
11月6日，第71軍在榮譽第1師、第200師、第36師的配合下，終於攻克龍陵，殲滅日軍第56、第2師團各一部，共斃傷日軍1萬餘人，遠征軍死傷“2.8萬餘人。當時，中央社報道：“滇西我軍又一大捷，完全解放龍陵，血戰5晝夜，殘敵一舉悉數就殲”。
中國遠征軍在滕衝、龍陵攻堅戰中，除大量斃傷日軍外，還俘虜日軍260多人，繳獲火炮16門，輕重機槍160多挺，步槍1700多支，戰果輝煌。