5月13日，紅木樹、平易的日軍遭到遠征軍的突然襲擊後，狼狽地退向芒市。
北路：一線兵團第54軍兵分兩路，左翼為第36師主力和第116師第346團，右翼為第198師。
第36師主力渡過怒江後，迅速向大尖山、唐習山、雞心山方向進攻。大尖山地形險要，第36師的突擊部隊經過一番苦戰，一度攻入大尖山日軍陣地，但是，日軍很快組織力量進行反攻，把遠征軍的突擊部隊擊退。這以後，第36師連續作戰三天，都無法攻克大尖山。
5月13日，衛立煌接到第54軍軍長報告，第54軍正與日軍激烈爭奪唐習山據點，陣地得而複失。衛立煌聽後，立即命令第53軍全部渡江，支援第54軍的部隊奪占唐習山。第20集團軍司令部進一步明確，第53軍渡過怒江後，接替第36師的作戰任務。
午夜，第53軍所屬第116、第130師渡江成功。
第53軍是一支原東北軍縮編的部隊。1944年3月，軍委會打電話給衛立煌，準備把第53軍調入中國遠征軍，征詢衛立煌的意見。衛立煌對各類部隊一視同仁，他想到，當年的東北軍現在僅剩這1個軍，抗日戰爭爆發後，第53軍的官兵參加武漢大會戰，轉戰黃河南北，像一個無娘的孩子，應該鼓勵他們，團結他們共同抗日。衛立煌看完電報，立即回電，欣然表示，歡迎第53軍來滇西。當時，第53軍正在洞庭湖一帶與日軍對峙，從湖南到滇西，路途遙遠，衛立煌正為無法解決交通工具發愁。誰知第53軍得知要到滇西抗日，士氣高昂，官兵遠涉千山萬水，徒步來到滇西。這些將士們的抗日熱情，使衛立煌這員虎將為之感動。
衛立煌得知第53軍到達滇西受訓地點時，立即去看望他們。一進入營區，衛立煌看到，這個軍的官兵抗日熱情高昂，武器裝備卻是破破爛爛的。衛立煌當即下令，第53軍全部換成美式裝備。官兵們一聽，忍不住高聲呼喊，部隊求戰的熱情更高了，戰鬥力增強了。
5月14日，第53軍的突擊部隊在強大的炮兵火力和航空兵火力的支援下，向大尖山、唐習山的日軍發起強攻。經過一天一夜的激戰，第53軍將士攻克了大尖山和唐習山的日軍據點，繼續向江直街前進。戰鬥中，美國聯絡官馬麗瑞少校和遠征軍的1名營長陣亡，美軍的一名醫官和1名翻譯官等人負重傷。
日軍遭到中國遠征軍的打擊後，迅速組織力量，利用有利地形和既設工事，逐點抵抗，異常頑強。遠征軍雖在兵力和火力上占有很大的優勢，但遭到日軍的阻擊後，傷亡大。攻擊戰鬥持續了1個多月，直至6月21日，遠征軍將士終於把南齋公房、江直等日軍據點攻克。
擔任右翼進攻的第54軍第198師渡過怒江後，迅速攻占了大寨、茶房等地，但是，當他們向高黎貢山山頂要塞北齋公房仰攻時，卻陷入了苦戰。北齋公房是高黎貢山一處險要地區的日軍據點，工事堅固。日軍第56師團第148旅團用2個營的兵力在北齋公房據險死守。第198師初攻北齋公房沒有得手，即改變戰法以一部兵力監視當麵之敵，主力從兩側繞道，先向馬麵關和橋頭攻擊。
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。