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。
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。