6月下旬，卫立煌得知，远征军向龙陵发起攻击后，日军就调滕冲的部分兵力前往增援龙陵，卫立煌认为，这是攻击滕冲的有利时机，即电令第20集团军兵分三路，向滕冲发起攻击。卫立煌提出，攻击部队应以部分兵力从左翼迂回，奇袭滕冲，这样，可以避开日军构筑的坚固工事，减少部队伤亡，加快进攻速度。
6月25日，第20集团军所属第54军从龙川江西岸向滕冲推进，第53军从清水河南岸向滕冲推进。
6月26日，第36师的先头部队越过老祖坟，迅速向南推进。预备第2师到达那寨、宝华寺一线。
6月29日，第20集团军各部队先后迫近滕冲外围的日军据点，立即进行攻击前的准备工作。
7月2日，第20集团军以左翼为重点攻击方向，向滕冲的日军外围据点发起攻击。盟军的飞机猛烈轰炸滕冲四周的日军工事，远征军炮兵频繁进行炮击。经过20多天的激战，第20集团军各部先后攻克了宝凤山、飞凤山，但是，来凤山的日军依托坚固工事，顽强死守。远征军使用火焰喷射器喷射日军据点，把据点内的大部分日军烧死，终于占领了来凤山，夺取了滕冲外围的全部据点。火焰喷射器是当时的先进武器，在崇山峻岭作战，对坚固工事和洞穴内的敌军作战效果很好。日军遭到打击后，被迫退入滕冲城内，固守待援。
8月2日，第36师攻城战斗开始了。
美国空军的一架架轰炸机从山林中飞过，炸弹接二连三地落在日军的据点里，在滕冲的城墙上先后炸开了13处缺口，日军第148旅团的旅团长藏重康美大佐也被炸死了。
炮兵开始发威了，炮弹雨点般地倾泻下来，滕冲城内，到处是爆炸声，山川震眩，声动江河。日军的工事在炮弹的爆炸声中倒塌了，日军官兵成了异国之鬼。
在一阵阵响亮的号声中，攻击部队向日军发起了冲击。经过两天激战，远征军将土夺占了日军的7个堡垒。日军遭到重大损失，仍然顽强固守。接连10多天，第2集团军一面抓紧进行攻城准备，一面要求美国空军不停地对滕冲进行轰炸。
这是一场真正的恶战，远征军将士每天都伤亡四五百人，战场惨不忍睹。
8月15日，第20集团军各部队向滕冲发起总攻。经过6天的激战，滕冲坚固的城垣终于被远征军将士突破了。第36师、第198师、第116师的官兵先后突入城内。但是，日军凭借滕冲城区的核心工事，继续抵抗。远征军将士每夺占一条街巷，都要付出代价。
滕冲城内的战斗持续了近1个月，这是异常艰苦的城市攻坚战。
蒋介石始终关注滕冲攻坚战。蒋介石电令攻城部队：“滕冲必须在9月18日国耻纪念日之前夺回。”
9月14日，第20集团军的官兵再次发起猛攻。驻守滕冲的日军太田大佐感到末日要来临了，向军司令官和师团长发出了临死前的哀鸣诀别电，命令士兵烧毁日军军旗和密码本，砸毁了无线电报机，作垂死抗争。远征军将士攻城不止，终于攻克滕冲，全歼第148旅团残部。日军代理旅团长和部分官兵弹尽粮绝，孤立无援，在绝望中先后自杀了。日本人所著《大东亚战争全史》记述侵占滕冲的日军覆灭时，说：“……只有一只眼，一只手和一条腿的官兵，那种悲壮的情景宛如阿修罗场，足以泣鬼神”。
滕冲攻坚战，中国远征军经过2个多月的苦战，终于拔除了滇西这个日军坚固据点。
滕冲攻坚战，是滇西反攻战役中带有决定意义的一次战斗．对于彻底歼灭滇西境内的日军，打通滇缅公路，具有重要作用。中央社报道：“滇西重镇之滕冲，14日上午10时，已为我军完全收复。在此次攻城战斗中，敌军第56师团之148旅团长重松大佐于滕冲为我击毙，寇军3000余人全部就歼”。
9月23日，第76师收复滇西日军的另一重要据点平冥，入侵滇西的残余日军向龙陵收缩，固守龙陵。
龙陵位于中缅边境城镇畹町的东北，滕冲的东面，是滇缅公路上的一个要点，也是日军滇西防御体系中的四大据点之一。滇西日军把主力部队部署在龙陵。
第11集团军根据卫立煌的命令，确定第71军为右翼攻击军，第2军为左翼攻击军，各部队在5月30日前完成攻击准备。其作战方针是：“集团军为攻略龙陵、芒市，决以主力由惠仁桥、迄七道河间地区各渡口，渡过怒江，重点置于右翼，向龙陵、芒市包围攻击”。
驻守龙陵的日军是第56师团主力。日军侵占龙陵两年多来，在龙陵周围的松山、阴登山、大地口、滚龙坡等地修筑了多处据点，每个据点都用大圆木、钢板等构筑工事，形成据点群，据点中储备了大量的粮食和弹药，做好了长时间独立作战的准备。这些据点群中，以滇缅公路上的松山和镇（康）芒（市）公路上的平易最为坚固。日军把第113旅团的主力部署在松山、龙陵之间地域，把第146旅团部署在平芒市之间地域。从兵力和工事上看，日军都做好了长期坚守龙陵的准备。
6月1日，第11集团军第71师配属第6军新编第39师、第2军，从惠通桥至三江口之间渡过怒江。4日，新编第28师攻克腊勐后，即向松山发起进攻。第71军主力部队第87、第88师沿着毕寨渡至龙陵的道路南侧，向龙陵挺进。一周后，部队进抵龙陵近郊。
6月10日，第71军主力向龙陵发起攻击。龙陵日军凭借坚固工事，顽强抵抗，战斗成僵持状态。
6月15日，当第71军的突击部队攻进龙陵城内时，突然遭到从滕冲、上街前来支援的日军第56师团第113旅团和永并支队1500多人的夹击，第87师主力见日军越过龙川江迎头阻击，两军在龙陵北侧地区展开激战。这场遭遇战打得难分难解，远征军官兵与日军进行肉搏战的关键时刻，芒市的600多名日军紧急出动，也向龙陵增援。第71军急忙命令新编第28师第84团前往阻击。但是，这些增援的日军仍有一部分进入龙陵城内，与固守龙陵的日军会合。
第11集团军总司令宋希濂看到，龙陵的日军兵力增加，命令部队暂时停止向龙陵进攻。第71军各部队被迫撤退到黄草坝，进行再战准备。
这时候，龙陵城内的日军除第113、第146旅团外，前来增援的日军第53师团第119旅团的主力和第2师团第29旅团的1个联队也聚集到龙陵城内，总兵力达5000多人。日军数量增加，作战的指导思想也发生了变化，一度被动固守的日军寻机向中国远征军进攻，以争取主动。
6月18日夜晚，日军向第71军各部队发起反击，两军在龙陵周围形成对峙，远征军一度处于被动态势。卫立煌得知这一战况，命令总预备队第8军所属荣誉第一师迅速渡江，支援龙陵。22日，荣誉第一师对日军发起攻击，龙陵的战局才稳定下来了。
6月28日，第71军在远征军预备队第8军荣誉第一师的支援下，第二次向龙陵发起攻击。战斗进行到7月7日，日军第113旅团和永并支队遭到沉重打击，被迫向龙陵城郊撤退。中国远征军乘势迫击，与日军在龙陵城附近形成对峙。
日军收缩兵力的企图，就是要固守龙陵。
第71军得到新编第28师增援后，于7月13日第三次向龙陵发起攻击。经过10多天的激战，终于迫近龙陵的市区。谁知就在这时候，一个意外情况出现了。芒市日军1000多人与平夏的日军会合后，向西北方向出击，直接威胁到第71军的左翼。
宋希濂总司令考虑再三，命令第二军兵分两路，从东西两面向从芒市出动的日军夹击。这些日军为了避兔在运动中被中国远征军歼灭，不得不退回芒市。
第17军经过近一个月的准备，于8月14日第四次向龙陵发起攻击。这次攻击，持续10多天。城东南老东坡战斗，双方反复争夺，血战6天6夜，远征军将士击毙日军400多人，自己伤亡800多人，终将日军击退。南天门战斗，远征军突入的人数较少，面对多数日军的阻击，远征军将士毫不畏惧，毙敌300多人后，全部牺牲，无一人退却。