1942年春节后，远征军入缅抗日。屡战屡败的中国太需要一场胜利提高士气了。赴缅部队尽是国军精锐，报刊皆以必胜鼓吹之。民国政府高层以为，境外有劲旅，云南作为远征军的后方，应该万无一失，因此只有少量隶属地方系统的护路部队和公安武装负责维持地方秩序。而且，这些不起眼的武装还分属几个系统，互不隶属，难于统一指挥。
远征军境外作战失利，4月底全面撤退，一路向印度；另一路经曼德勒，从畹町回国。日军尾随这路，从缅甸杀入云南。5月上旬，日军从龙陵出兵腾冲，腾冲各武装群龙无首，随县政府撤离一空，首批进入腾冲的290多名日军，只遇到躲在砖窑里的地方武装人员发出的报警枪声，没有遇到任何实质性抵抗。
日军盘踞腾冲以后，开始人数不多，因日军的主攻方向是要突破怒江占领保山。后因突破怒江美梦难于做成，日军第56师团决心坚守松山。也不知出于何等原因，松山被称为“滇缅路上的直布罗陀”，并增兵腾冲，以加强松山侧翼安全。日军在腾冲的常驻守备部队增至一个完整建制联队（148联队），还不时从缅北野人山抽兵增援。1943年秋，为解除国军游击部队第36师威胁，日军从各处抽兵，分多路集中“扫荡”。入腾冲日军兵力盛时超万。日军盘踞腾冲两年多，为长期占领作了充分准备，还准备划入缅甸一部分，建立“腾越省”。因此防务不断加强，装备不断充实，各类防御工事不断完备，使腾冲全境成为易守难攻之地。
1944年5月11日，中国远征军第20集团军以6个师的兵力强渡怒江，次晨开始仰攻高黎贡山，日军第56师团148联队、146联队一部凭险死守，远征军经9日血战，日军溃退，远征军攻占高黎贡山顶之南、北斋公房，又经十余日激战，进至腾北马面关、界头、瓦甸、江苴附近。日军深知丧失高黎贡山及桥头、江宜等据点非同小可，急调第113、114、146、炮56、搜56等5个联队各一部火速增援，猛烈反扑。远征军经22日血战，终歼敌半数，继而乘胜攻下腾北日军中心据点桥头、江苴，沿龙川江南下，一部扫清固东以北至片马残敌，另一部扫清龙川江两岸残敌，迫近腾冲城。此时，所有由北而南溃逃的日寇与腾冲守城日军合编为混成联队，由第148联队长藏重康美大佐指挥，死守来凤山及腾冲城。
腾冲城是滇西最坚固城池，兼有来凤山作为屏障，两地互为依托。日军经过两年多经营，在两地筑有坚固工事及堡垒群，奉命死守至10月底以待援军到来。远征军决定先攻占来凤山，最后围歼腾城守敌。
7月26日午时，远征军向来凤山5个堡垒群同时猛攻，血战3日，攻占来凤山，旋即扫清南城外之敌，对腾冲城形成四面包围之势。孤城腾冲城墙全系巨石，城墙上堡垒环列，城墙四角更有大型堡垒侧防。8月2日，第53军116师346团向东门外帮办衙门和东方医院进攻，连续攻占日军4个堡垒并占领帮办衙门。下午4时，348团由东南城角空军炸开10余米宽的缺口处攻入城内并击退日军反扑，在城内据地防守。8月3日，城内日军一再向东南城角缺口反扑，均被348团打退，同时由工兵爆破将缺口扩大到50米。
8月4日，空军在拐角楼和西南城角各炸开一个缺口，第198师、36师乘机冲进城内。经12天激战，将城墙上的堡垒群逐次摧毁。8月14日，远征军以4个师兵力从南城墙突进市区，展开激烈巷战。腾冲城内街巷稠密，房屋相连，顽敌利用民房家家设防、巷巷筑堡，战斗惨烈。国军由于牺牲惨重，又将防敌增援的第130师投入攻城战役。9月14日，沦陷了两年零4个月又4天的腾冲，重新回到了腾冲人手中。
从1944年5月11日远征军第20集团军强渡怒江至9月14日攻克腾冲城，历时127天，所历大小战役40余次，共俘获日军官4人，士兵60余名。毙敌少将指挥官及藏重康美大佐联队长以下军官100余员，士兵6000余名。远征军伤亡军官1234员，士兵17075名。
腾冲百姓没有想到，和他们并肩作战的还有洋人。中国远征军中有个美军参谋团，参与战役策划；在空中，美国空军第14航空队参战。盟军空军还承担了空运任务。腾冲在战前有座机场，战争中又修了几座临时机场和空投场供盟军空军使用。远征军反攻期间，盟军空运异常繁忙，日夜飞行，将大批弹药、粮食等军需品运抵腾冲，支援地面作战。
1943年8月17日，盟军空军第一次轰炸腾冲城内日军，到1944年9月11日的390天内，盟军空军共出动20多次、300多架飞机，先后在高黎贡山、来凤山、腾冲城内外轰炸日军。1944年8月22日，盟军空军出动60架分5批轰炸扫射腾冲城西北角的日军堡垒群。9月10日的空战中击落日机4架，这些出击减少了远征军地面部队伤亡，摧毁日军大部分堡垒。
为打通滇缅公路，20万中国远征军集结滇西，经过4个月鏖战，光复腾冲，而和腾冲战役同样以惨烈闻名的，还有松山血战。
滇缅公路经惠通桥越过怒江后，在松山盘旋40余千米。中国远征军首次入缅作战失利，滇缅公路被切断。撤退到怒江东岸的远征军余部与日军隔岸对峙。日军在怒江西岸及滇缅公路旁的松山修建坚固的准要塞式防御工事。松山突兀于怒江西岸，形如天然桥头堡，称“东方的直布罗陀”，扼滇缅公路要冲及怒江打黑渡以北40里江面，进可攻，退可守，还与腾冲，龙陵形成掎角之势，互相呼应，松山不克，滇缅公路不通，交通运输困难，反攻龙陵、腾冲，就会得而复失。所以说松山战役是滇西战役中的关键性战役。日军从1942年占领松山，驻守第56师团下属拉孟守备队，配备强大火力，有115重炮群、高射机枪、坦克等，兵员一千多人。
主攻松山的是宋希濂第11集团军中战功累累，号称“荣誉1师”的第8军和71军新编28师，若以兵力论，中国远征军约为日军30倍。松山战役战场在高黎贡山山脉，海拔2200米的主峰顶上。
中国远征军与陆续赶来的援军整编为滇西远征军，下辖第11、第12集团军，计16万人，并接收少量美式装备。1944年，为重新打通滇缅公路，驻印军（X部队）松山战役战略要图开始从印度反攻缅甸，按照史迪威的计划为配合驻印军行动，滇西远征军（Y部队）分左右翼渡过怒江占领腾冲、松山、龙陵。松山的战略地位尤其重要，它扼守着滇西进入怒江东岸的交通咽喉。紧靠怒江惠通桥，“前临深谷，背连大坡”，左右皆山。
滇西远征军计划主攻腾冲，以尽快与驻印军取得联系，而对龙陵方向以防御日军增援为主。但进攻计划数月前已泄密，日军已做好准备，将龙陵和松山日军主力部分调往腾冲，龙陵较空虚。滇西远征军对此毫不知情，继续按原计划攻击，在高黎贡和腾冲损失惨重。
1944年5月16日，在龙陵方向作战的第11集团军71军88师262、264团在平戛方向的勐糯三村缴获日军作战命令一份，方知我方攻势计划泄密。远征军总部命令右翼第20集团军继续攻击腾冲，左翼第11集团军由防御转为主动攻击龙陵、芒市。松山久攻不克，弹药粮草等只能靠人力、畜力从保山翻越山路转运，雨季影响，无法保障前线需要。那时运弹则无法运粮，运粮即无法运弹。6月11日，松山守备队第113联队长松山秀治率队1500人增援龙陵，本已攻占的龙陵城区一部防线被攻破，不得不退守相持。腾冲攻势陷入胶着状态，滇西战局全线告急。松山战役遂成为扭转滇西战局的关键。
1942年5月日军进驻怒江西岸后，将松山作为警备中心、进攻据点和防御支撑点三位一体的战略目标，开始阵地建设。1943年太平洋败退中，日军预见到松山作为支撑滇西和缅北防御体系重要支撑点作用凸显，拟将松山建为永久性防御要塞。日本缅甸方面军第15军令第56师团派出工兵联队，从中国滇西、缅甸、印度等地强征民夫1670余名，昼夜施工。为保密，仅允许他们到大垭口为止。工事完成后，日军将抓来的民夫以打防疫针为名，全部秘密注射处死，焚尸掩埋。
后对松山腹部阵地加固和扩建。至1944年5月，于远征军反攻前夕完成松山地区的准要塞式堡垒防御阵地体系：在滚龙坡（日军称本道阵地）、大垭口（日军称中间阵地）、松山、小松山、大寨、黄家水井、黄土坡（日军称横股阵地）、马鹿塘编成7个据点群，每个均以数个最坚固的母堡为核心，四周有数个子堡拱卫，共有子母堡40多座，堡垒互为侧防。
1946年方国瑜教授曾进入日军工事，描述日军堡垒为：“敌堡垒主体构筑，大部分为三层，上作射击，下作掩蔽部或弹药粮食仓库；更于下层掘斜坑道，其末端筑成地下室，又有于下层之四周筑地下室者。堡垒上掩盖圆径至70厘米之木桩，排列成行，积四五层，上铺30毫米厚的钢板数层，积土厚逾1米，虽山炮命中，亦不能破坏此坚固工事。堡垒出地面之四周，安置盛满沙石之大汽油桶，排列三重，桶间复加钢板数层，桶外被土，故150毫米榴弹重炮命中不能破坏，内部所受之震荡亦微。堡垒内三层之间，亦盖以圆木径50厘米者二三层，故上层倒塌不致影响下层。”堡垒外围遍布蛛网状交通壕，以连接各主要阵地，步兵炮亦可移动。且交通壕侧壁凿有大量洞穴式掩蔽部，并连缀散兵坑。部分据点外设有铁线网两三道，纵深4米。随着堡垒阵地群的建成，松山也将近挖空，状如大型蚁巢，地下交通网络四通八达，因伪装良好，无论空中还是陆上，均不易察觉也不易破坏。
阵地建造过程中，日本南方军司令官寺内寿一大将，缅甸方面军司令官河边正三中将，第15军司令官牟田口廉也中将，都曾在第56师团长松山祐三中将陪同下亲临视察，他们现场观看了重炮轰击和飞机轰炸试验，数枚500磅的重型炸弹直接命中，亦未能使工事内部受到损害。日军司令官们对此极为满意。河边正三在写给南方军的报告中称：“松山工事的坚固性足以抵御任何强度的猛烈攻击，并可坚守8个月以上。”另据日方《缅甸作战》：“建成后的松山阵地枢纽部可承受中口径火炮直接命中，阵地内储存了作战物资，可坚持至少三个月战斗”。
主堡内有重机枪，子堡及侧射堡内有轻机枪，交通壕内有步枪、枪榴弹、掷弹筒，主堡后有迫击炮。近距离用冲锋枪、手榴弹。使用各种直射、曲射兵器，阵地前编成浓密火网。接近堡垒是非常困难的。障碍物及附属设施：阵地前有铁丝网、鹿砦，敷设地雷及陷阱。阵地内附设有水管及照明设备。防守松山的日军，利用地形编成阵地，各据点具备独立作战能力。其强固程度，相当于钢筋水泥之永久工事。
防守松山的日军是第56师团第113联队主力及师团直属野炮第56联队1个大队，配属辎重兵、卫生队和防疫给水部一部，常驻兵力3000人，取名“拉勐守备队”。滇西作战时，原守备队长松井秀治大佐率联队主力增援高黎贡、龙陵。松山地区指挥官，即为野炮兵第56联队第3大队队长金光惠次郎少佐。当时守备队兵员，共约1340名。
1944年6月1日，怒江东岸远征军重炮射击松山、音部山日军阵地。第11集团军71军新28师强渡怒江，向竹子坡攻击前进。远征军突然发动左翼固然有利，但对敌情报严重缺失，在第71军新28师移交任务时，转给第8军的仍是“其情报敌仅三四百人，炮一二门，据有坚强之工事”。
6月5日，第71军新28师82团攻击阴登山阵地。阴登山有六七十度陡坡，到处是暗堡，为松山主峰屏障。远征军进入阵地100米内日军突然开火。冲击山顶的第3营仅一个排的人生还。东岸山炮营支援82团另两次山顶冲锋均遭失败。83团一部破坏了淘金河公路桥梁，切断龙陵日军增援通路。82团再次报告日军偷袭未遂险情，建议通报各部保持高度警觉。
6月6日，82团调两具美式巴祖卡火箭筒、3具M2火焰喷射器。步兵越过铁丝网，冲上山顶，与日军肉搏。但反斜面及松山日军炮火向山顶轰击，全团伤亡50余人，计日军伤亡不下于此。7日，82团夺取阴登山阵地，日军队长被炸断腿自杀。83团攻击滚龙坡。滚龙坡为竹子坡后最高点，如能占领则松山日军腹背受敌，故战事激烈不下于阴登山争夺战。
6月8日至20日，战事陷入僵局。11日，第6军新39师117团划归新28师。13日，远征军在向导带领下，破坏日军由黄土坡至大垭口、阴登山供水管。15日至17日，龙陵反现危局，卫立煌被迫用总预备队新编第8军，荣1师2团3营、荣3团拨71军。20日，82团完全占领阴登山，但无力攻松山。83团、84团2营攻滚龙坡。我重炮无意间命中大垭口敌炮兵弹药库。至此，松山攻击中我方各部伤亡1600多人，其中新28师伤亡逾千。
6月中旬，雨季来临，怒江江面涨宽，交通断绝，山道泥泞，骡马不能行，无后勤保障，远征军虽人数占优，但大雨滂沱，进攻困难。松山不克，可能全线崩溃。卫立煌、宋希濂令第71军钟彬军长率新28师84团转至松山。6月22至23日，71军几个团攻击松山日军。27日，钟彬令刘又军为前线指挥官，以117团、炮1团步炮协同攻击，失利。到7月初第8军接防，攻下竹子坡、腊勐街、阴登山几个支撑点，第71军28师、第6军新39师117团伤亡近1700人，毙伤日军596人。6月28日，日军飞机给守备队空投弹药补给，这是松山战役以来日军飞机首次出现，日军士气大受鼓舞。
6月30日，卫立煌决心由远征军总预备队新编第8军担任松山攻击，令第8军军长何绍周接替第71军。何绍周在前线召集师团长会议，不能仅以占领制高点为目标，须攻克堡垒，全歼守敌。具体方法是：采取限制目标攻击法，逐步攻略，避免一举突贯；以占领高地棱线为满足，绝对禁止突下反斜面，以免被袭；以有力之兵占领敌工一中，逐步严密肃敌；必以炮火先行破坏敌堡。进攻重点仍是滚龙坡，再逐步推进。
松山战役成为中国军队第一次真正意义上全胜的攻坚战。第8军103师307团奉远征军司令长官部令，自祥去车运抵达腊孟街。7月10日，远征军司令长官部调第71军山炮第1连赴平戛，何绍周请示暂缓，未得允许。第8军向第11兵站分站借到步机枪弹两万发、炮弹1379颗。7月14日，何绍周电告东岸炮兵调整战术，改区域性轰炸为限制目标，精度射击，定点破坏。至此确立对敌阵地“先行软化，再行攻略”方针。
7月下旬，何绍周将指挥所设在竹子坡，卫立煌亲临，要求不能急于求成，应弄清敌情，步炮协同逐一破坏；昼夜对壕作业，蚂蚁啃骨头。21日，本道阵地守备队长井上要次郎中炮毙命。23日，15架日机空降物资。远征军展开中国近代战争史上罕见的步、炮、空等诸兵种联合攻击作战。何绍周要求各师指挥部于阵前1000米内，团指挥部于500米内；军指挥部距中央阵地1000米内，均在敌重武器有效射程内。7月底，何绍周令71军山炮营2连组成“单炮敢死队”推进至阵前300米摧毁堡垒。8月2日，何绍周被迫下令炮击己高地，远征军246团几十名士兵与日军同归于尽，终于占领滚龙坡，斩断敌阵之首。
8月3日，蒋介石严令卫立煌转第8军于9月上旬克服松山，“如果违限不克，军、师、团长应以贻误戎机领罪！”何绍周遂召集众将开会，决定对子高地实施“坑道爆破”，为掩护坑道作业而行牵制性攻击，伤亡颇重。日军守备队长金光惠次郎下令重伤员自杀，遭抵制。日军派出小队夜袭，炸毁我方4门火炮。13日，307团前锋夜袭大寨，下士班长张学成带3名战士冲入敌113联队司令部，缴获日军113联队关防印鉴。15日起，敌预感远征军爆破子高地意图。18日，日机21架轰炸惠通桥。19日晨，远征军将120箱、共3000千克美制TNT烈性炸药，装入子高地敌堡下。
8月20日，卫立煌、宋希濂及美军将领至竹子坡观战。9时15分，何绍周通过电话下令起爆。敌主峰碉堡被冲起数米，烟柱一两百米高。远征军趁势夺取松山子高地。8月24日，何绍周指示熊绶春统一指挥主攻丑、寅高地，攻击部署必须牺牲少、效果大、时间短。25日，卫立煌派督察组至松山。第8军提出弹药不足等问题，请督察组将军队态势、兵力概要及不能“孤注一掷”攻击之由转报卫立煌，表示绝不违命。
9月2日，第8军指挥部推进到子高地。清晨6点，何绍周电话命令各部限本日肃清松山之敌，准备通车。午后1时，何绍周转各部卫立煌严令：“松山残余之敌为数甚少；目前全局成败，转捩点全在松山；限该军于本日将松山及大寨之敌全部肃清，不得借口先后及顾虑任何牺牲；如逾限未能达成任务，着将负责之师、团长一起押解长官部，以军法从事，该军长亦不能辞其责！”深夜，第8军司令部下达次日最后歼灭全部日军令，103师师长熊绶春为左兵团指挥；82师副师长王景渊为右兵团指挥。另以245团为松山既占地区守备队，副军长李弥统一指挥守备队及右兵团。
9月3日，第309团占领3号高地一座堡垒。当夜，日军组织兵力反扑，阵地得而复失。卫立煌电令枪毙第309团团长陈永思。9月4日，何绍周令王光炜代理第309团指挥，与陈永思一道率敢死队攻占3号高地堡垒。当夜再次遭到日军偷袭，阵地丢失。荣3团团长赵发毕率20余名兵力驰援。9月5日，荣3团与第309团将3号高地反扑之敌击退。当夜，松山日军陆续向第56师团发出“最后处置”情况和“诀别”电报，命令重伤员自杀，并残忍杀害部分朝鲜慰安妇。9月7日凌晨，真锅邦人焚烧军旗后独自发起“死亡冲锋”，被击毙。松山战役取得完全胜利。
松山战役是中国抗日战场首次获得胜利的攻坚战，既是中国军队首次歼灭一个日军建制联队（团）的战役、又是日军在亚洲战场的第一个所谓“玉碎”战。日本天皇亲授的联队军旗被毁，113联队不复存在，成为日军在中国战场上首次遗留上千具遗骨迄今无法收殓的败仗。松山战役从6月4日至9月7日共95天，远征军伤亡7763人（阵亡4000人），失踪50人。毙杀日军超过1250人，敌我伤亡比1：6.2。战死人数超过负伤人数。松山战役是抗日战争中最为惨烈的战役之一。
龙陵县城毗连芒市，滇缅公路穿境而过。日军侵入滇西，龙陵县城则是重兵集结地点，日军第33军团第56师团长松山佑三，参谋长川道高士雄亲临龙陵指挥。第56师团146联队一部，148联队第3中队，第18师团114联队一部，229联队一部，56工兵连队，56炮兵联队，共8000多日军作战于龙陵。
中国远征军分路进击松山、腾冲时，第11集团军即从第2军和第71军中抽出精锐，共同组成突击队，绕过松山侧翼直插龙陵，6月6日向驻守龙陵县城一线的日军发起进攻，经过两昼夜激战，截断了龙陵与芒市之间的公路联系，并肃清了龙陵城外大部分据点中的据守之敌。
6月8日晨，第71军87、88师向龙陵东南郊敌阵进击，力图抢占猛岭坡，战斗打成拉锯，猛岭坡阵地9次易主，263团最终以团长傅碧人负重伤、全团官兵伤亡500多人为代价，下午5时才将该阵地完全攻克。此后两天，远征军分路向龙陵城外的日军发起猛攻。6月10日，3个师对城内日寇重重围困，攻城在即，残余日军只得退回到城内坚固工事顽抗。
6月13日，正当远征军着手攻打龙陵县城之际，驻守腾冲的2000多名日军南进驰援龙陵，驻守芒市的1000多名日军也沿滇缅公路北上，驻守象滚塘的500多名日军急速东进龙陵，同远征军发生激战。在日军精锐部队大军压境的情况下，远征军第71军主力部队被敌军从中截断，腹背受敌的87师伤亡惨重、险遭覆没。迫于情势，远征军只得于16日退回到城郊一线，保存实力准备再战，远征军首攻龙陵因此功败垂成。
6月16日夜，驻守龙陵县城附近各据点中的5000多名日军在坦克掩护下，沿滇缅公路两侧向远征军发起突袭，双方伤亡惨重。7月13日，第71军集结了87师、88师、荣誉1师、新28师、新39师5个师的30000兵力，从东、北、南三面向龙陵县城一带的日军据点发起第二次围攻，再度占领赧场、长岭岗、猛岭坡、广林坡、三关坡等日军阵地，控制了龙陵至芒市、腾冲的公路。因松山尚未克复，围攻龙陵的部队给养困难，日军为尽快打通芒市至龙陵公路，向龙陵增派第56师团、第2师团主力15000多人，向远征军发动疯狂反扑。在敌人炮火猛烈攻击下，驻守龙陵城外的新39师所剩官兵不到百人，新37师遭受重创，其死守阵地的117团3营将士全部殉国，不少阵地重新陷落敌手。因将士伤亡惨重，远征军只得于9月10日再度退回到龙陵城北近10千米的赧场一带堵击，第二次进击龙陵宣告失败。
8月22日蒋介石将宋希濂调到重庆受训，职务由黄杰代理。9月中旬，远征军结束松山、腾冲之役，相继汇聚龙陵，一面进袭龙陵至芒市间阵地，防止敌兵增援，一面集中10个师，于10月29日向龙陵城区发动第三次总攻。经5天战斗，在11月3日将据守龙陵的日军大部歼灭，夺回龙陵。
“三攻龙陵”系滇西反攻战中规模最大、耗时最长的要塞争夺战。长达4个多月战斗中，远征军投入11.5万兵力，历经大小战斗数百次，共歼灭日军10000多人，除400余名残敌突围溃逃芒市外，其余被全歼。远征军为此付出的伤亡代价则为29803人。龙陵战役是滇西反攻作战中，耗时最长，牺牲最大的攻坚战，也是歼灭日军最多的战役。
根据国民政府1945年12月《滇西战役统计表》及《抗日战争期间滇西损失统计》：滇西抗日反攻战役中，国军投入16个师16.2万人，其中龙陵为12个师11.5万人；全役历经236天，其中龙陵156天；全役伤亡官兵50474人，其中龙陵伤亡29803人。全役毙敌25393人，其中龙陵13200人。克复龙陵后，日军赖以盘踞滇西的强固阵地均被扫除，被驱赶到了芒市一线（今德宏州境内）的一马平川之地，自此再无险可守。
