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。