在滇西方面，中国远征军为策应驻印军，于1944年5月强渡怒江天险，开始反攻。1942年夏秋，中国远征军第一次入缅作战失利，大部撤回中国境内，日军乘势侵入云南西部边境地区，中、日军队在怒江隔江对峙，未发生重大战事。远征军本拟于1943年年底完成准备，但直到1944年4月，才逐渐改换美式装备，进行短期训练。远征军下辖第十一和第二十两个集团军。

1944年5月，驻印军已经迫近密支那，为策应驻印军的反攻，滇西的中国远征军开始对怒江以西日军反攻，以第二十集团军组成攻击军，下辖第五十三军、第五十四军及预备第二师。由栗柴坝、双虹桥间地区渡江攻击。而以第十一集团军为防守军，总司令宋希濂（后为黄杰），下辖第六军、第七十一军、第二军，担任怒江东岸的防守，但在防守期间，除第一线各师各派一营以上的兵力外，各军也派遣一加强团，渡江游击，牵制正面的日军，以策应主攻部队。

了中国远征军反攻滇西的序幕。12日拂晓，第二十集团军第一线兵团全部强渡成功。

5月22日，统帅部为扩大战果，令远征军全部渡江攻击，原任主攻的第二十集团军改为右翼军，攻击目标为腾冲，原担任防守的第十一集团军则改为左翼军，攻击目标为龙陵、芒市。

5月29日，第十一集团军分批渡江，至6月3日全部渡过怒江。至6月10日，占领龙陵外围各处要点，一度突入龙陵市区。但因正值雨季，粮食、弹药等不能及时补充。至6月16日，腾冲及芒市方面日军数千人分别增援龙陵日军，经过12个日夜的苦战后，第十一集团军攻击受挫，恰好后方的荣誉第一师赶到，稳住阵脚，击退日军反攻，但龙陵外围的重要据点仍为日军控制，双方形成对峙局面，战事胶着，数月没有进展。

8月中旬，第十一集团军调整部署后，开始第二次攻击。龙陵外围的日军阵地多被中国军队攻占，龙陵日军仅凭西山坡、红土坡、伏龙寺、东卡等要点死守。但8月27日，芒市附近的日军3000多人再行增援，久攻不下的中国军队再次受挫，失去多处阵地，形势颇为险恶。战至9月上旬，由于中方占领了松山，攻击部队的后方交通畅通无阻，第二〇〇师、第三十六师能及时增援，夹击日军，收回了失去的阵地。

日军屡受打击后，战斗力逐渐衰弱。10月27日起，第十一集团军开始对龙陵发动第三次攻击。经过5昼夜血战，对龙陵构成三面包围的态势。日军为防止全军覆没，于11月2日夜间向西南方向溃退。3日晨，中国军队终于完全占领龙陵，20日拂晓乘胜攻克芒市，12月1日占领遮放。残余日军纷纷退守中缅边境最后据点畹町，企图作最后的顽抗。

自12月上旬至12月23日，远征军为后面的决战做了准备，目标为畹町。12月27日攻击开始，激战25天后，第五十三军占领猛卯，进至龙川江南岸。第六军占领了蛮蚌、大黑山、黑山门等地。第七十一军占领回龙山、信结等地。第二军则攻占了上下罗古、黑猛龙、雷中山等地。1945年1月19日夜，日军退出畹町向西南方向逃窜，远征军进入畹町，20日10时完全控制了该城。同日，远征军越过边境线，进入缅甸境内，追击日军。

自抗战以来，中国的正面战场一直采取持久消耗战略，在各个战场和战役中大多进行防御作战，而缅北滇西反攻作战是中国军队主动与盟军合作采取的大规模进攻作战，而且达到了预定的目标。这表明获得先进装备的中国军队具有了展开反攻并歼灭日军师、旅级兵团的实力。其中，中国驻印军作战历时1年半，收复缅北大小城镇50余座，进军2400多公里。歼灭日军第十八、第五十六师大部，重创其第二、第三十三等师，日军死亡33082人，伤42417人。中国远征军在滇西作战历时8个多月，造成日军死伤17229名，收复滇西失地83000多平方公里。通过缅北滇西反攻作战，解除了日军对中国战场西侧的威胁，打通了中印公路，打破了日军对盟国援华物资的封锁，盟国援华物资开始顺畅地进入大后方。但由于日军在作战前已有周密准备，并利用特殊地形和坚固工事顽强抵抗，致使进行攻势作战的中国军队也蒙受了重大牺牲。据中国远征军方面统计，阵亡26697人，伤35541人，失踪4056人，各军、师伤亡达三分之二。