缅甸失陷后，中国战区参谋长史迪威与中国统帅部屡图反攻，收复缅甸，以打破国际交通线断绝的状况。中国迭与美英协商，要求英国海军、空军从南缅配合，共同反攻缅甸，但英国无意早日反攻。开罗会议时罗斯福曾承诺让英国共同反攻，而德黑兰会议后立即背诺。在英国不以海军、空军从南缅反攻配合的情况下，史迪威部署中国驻印远征军从1943年秋向缅北反攻。1944年春，美国执意要求中国军队从滇西反攻。中国一批精锐之师在滇缅战场作战，作出了重大牺牲，才逐步收复失地。1945年初，中国驻印军和滇西中国远征军会师，打通了中印公路，为盟国反攻缅甸作出了很大贡献。
一 缅北反攻
（一）胡冈（一译“胡康”）河谷作战
中国驻印远征军新编第1军（驻印军副总指挥郑洞国兼军长）新编第38师（孙立人）和新编第22师（廖耀湘）（其后续增加3个师）与美军第5307支队于1943年10月下旬从印缅边境向缅北反攻，同时掩护中印公路。29日，新38师攻占新平洋，继攻克宁干瑟坎、宁边，11月10日攻占瓦南关、拉家苏，12月29日攻占于邦。
1944年1月31日，新38师和新22师分别攻克大洛、太白家。日军向孟关溃退。
3月5日，新第22师越过原始森林，迂回至孟关南方，攻克缅北门户孟关。新第38师于9日攻克瓦鲁班。中美装甲集群控制了胡冈河谷。新22师步兵战车混合部队自3月15日始，经14日艰苦战斗，于29日将10公里隘路完全攻克。日军残部向孟拱河谷撤退。胡冈河谷完全肃清。
（二）孟拱河谷作战
中美联军于6月1日攻克孟拱河谷重要据点马拉高。孙立人师和廖耀湘师克服地形困难，冒雨前进（时已进入雨季），击退日军反扑。6月16日，驻印远征军攻克加迈。
此时孟拱以南有英军500余人受日军攻击。中国驻印远征军为解除英军之危，断然对孟拱攻击，终于击溃日军，于25日占领孟拱。残敌南退密支那。至此孟拱河谷完全占领。
（三）攻占密支那
1944年4月下旬，当中国驻印军与日军相持于孟拱河谷之际，史迪威派奇兵组成一个支队秘密冒险挺进密支那，于5月17日凌晨一举攻占密支那西机场。尔后，驻印远征军的部队空降至密支那西机场，随即向城垣攻击。
但防守密支那城的日军兵力雄厚，复依市区建筑物及预为构筑的坚强工事死守不退，相持月余。驻印军虽已占领城垣一部，并夺得日本第15军司令官牟田口廉也之印，但密城仍未能攻克。攻坚战旷日持久，伤亡惨重，自5月17日至8月3日，中美突击队共伤亡6000人。密支那北机场和火车站得而复失。中国驻印军参谋长柏德诺指挥不当，被史迪威撤职。此后作战由中国驻印远征军副总指挥郑洞国指挥。
郑洞国以对壕作业向前推进。7月27日，潘裕昆师第149团调往密支那参战。同日，龙天武师第42团强渡伊洛瓦底江。远征军攻击街市、村落之日军，与其逐路、逐屋争夺。过江部队在密支那对岸的宛貌亦与日军巷战。8月1日，潘裕昆师长决定组织敢死队进攻。迄3日上午，第150团第1营及敢死队已将街市全部占领。日军除少数渡江外，余均被歼。至8月4日，中国驻印军完全占领密支那及河对岸宛貌。日军指挥官水上源藏自杀，残部逃往八莫。5日，密支那完全克复。9日，日军自缅北南撤。
中国驻印远征军于8月中旬至10月初在密支那整补，编驻印军为两个军：新编第1军，军长孙立人；新编第6军，军长廖耀湘。
10月下旬，美国政府召回史迪威。魏德迈继任中国战区参谋长兼驻华美军司令；原中印缅战区美军副司令索尔登升任印缅战区美军司令，由索尔登担任中国驻印军总指挥。
二 滇西反攻
为策应驻印远征军在缅北反攻作战和盟军对缅甸的反攻，驻滇远征军于1944年5月发起滇西反攻。驻滇远征军主要由第20集团军（霍揆彰）和第11集团军（宋希濂）编成。
（一）渡过怒江
日军自1942年5月攻占怒江西岸后，即在高黎贡山地区和腾冲、龙陵等处倚地形之险，构筑坚固防御的据点工事，内以坑道联络，隐蔽配置火力，储备充足的粮弹。远征军要在此行军作战、发起进攻是极端困难的。
霍揆彰集团军于5月11日分从7处强渡怒江。日军死守。远征军血战9日，方始进至南斋公房和北斋公房附近。该两地为高黎贡山顶点，地形险峻，道路崎岖，气候恶劣，人烟绝迹，远征军迂回攀登，补给困难，人马冻饥致毙，日以数百计。经十余日苦战，远征军始进至桥头、马面关、瓦甸、江苴各附近之线。
渡过怒江初战获捷后，驻滇远征军于5月22日全部渡江。霍揆彰集团军以腾冲为攻击目标，宋希濂集团军以龙陵、芒市为攻击目标。
（二）攻占腾冲
6月25日，方天军、周福成军分别越过龙川江上游向腾冲推进。至28日，迫近腾冲北郊。当日，方天军以迅雷之势攻占城西北之南、北宝凤山。7月1日夜，周福成军主力由腾冲北转至腾冲东飞凤山附近，3日攻占飞凤山，方天军攻占城东北蜚凤山。
日军死守来凤山（城西南）及腾冲城。腾冲城为滇西最坚固之城池，兼有来凤山屏障，日军构筑坚固之工事及堡垒群，准备了充足的粮弹。远征军于26日在空军掩护下以优势兵力向来凤山4个堡垒群同时猛攻，官兵奋勇，前仆后继，血战竟日，迄傍晚，歼敌大部，攻占该山。27日晨，远征军将腾冲东、南两城门外市区的日军全部肃清。日军退守城内。腾冲城墙高厚，堡垒环列密集。日军固守经月，远征军攀登无术，攻城部队成批伤亡，牺牲惨重。后各部冒敌火网，以对壕作业，逐次攻击，至8月20日，始将东、西、南三面城墙上的大部日军肃清。21日晨，远征军开始向城内攻击，与日军激烈巷战。远征军与日军肉搏，逐户逐屋争夺，尸填街巷，血染满城，各部损耗惨重，至9月14日，才将困守腾冲孤城之日军全部歼灭。日军指挥官臧重康美夫大佐早已战亡，代理联队长太白大尉战至最后，将联队旗焚毁后自杀。攻克腾冲战斗之惨烈为中日战争中少见。自攻击来凤山之日起至克复腾冲止，经50天激战，远征军全歼腾冲日军3000余人，远征军伤亡达5000余人。战后，腾冲建有“国殇墓园”，纪念进攻腾冲城中阵亡的中国将士。
（三）松山战役
松山雄峙于滇缅公路要冲惠通桥西岸，日军盘踞于此，作为抗拒中国军队进攻龙陵之咽喉。日军构筑了一个要塞式阵地，堡垒用钢骨水泥筑造，炮台甚多，火力交织，粮弹充足。
远征军钟彬所部于6月4日进抵松山，先后5次围攻未克。何绍周军继任攻击主力。7月，远征军始将松山前沿滚龙坡顽抗之日军肃清。松山主峰之日军居高俯射，残敌凭堡垒群顽抗，远征军伤亡重大。最后，远征军采取坑道掘进办法，掘抵日军堡垒之下，埋进炸药，于8月20日引爆，远征军乃占领松山主峰。日军复抽集兵力反扑，远征军又与之血战两昼夜。迄9月1日，远征军方攻破松山所有堡垒；9月7日，将松山及其附近日军完全歼灭。攻击松山的战役长达98天，远征军伤亡7000余人。
（四）进攻龙陵
宋希濂集团军之钟彬军和王凌云军于6月7日向龙陵围攻，10日攻至龙陵东郊。但日军防守龙陵所筑工事坚固，并拼力顽抗。日军分由腾冲、芒市调兵3000余人增援。龙陵日军亦向远征军反击。第87师（张绍勋）与日军苦战甚烈。日军战车炮兵火力甚猛，增援日军猛扑，5255高地几度得而复失，张绍勋师长愤而自杀。
钟彬军于7月13日再发动攻势。至8月上旬，逐渐缩小包围圈，并一再击破各方面增援之日军。26日，钟彬军一部攻入龙陵城，日军逐屋顽抗。同时，自腊戍、南坎、芒市等地来增援之日军向钟彬军袭击。日本缅甸方面军鉴于战况不利，早于6月下旬即决定在缅北取守势，而在滇西积极反击，故竭力向驻滇远征军反扑，远征军与之血战盈周，大部要点重陷日军之手。远征军调张金廷师增援，战局始告稳定。至9月8日，松山攻克后，松山至龙陵间公路完全打通，远征军补给改善；兼以李志鹏师从腾冲方面来援，高吉人师亦到达增援，于是在第11集团军黄杰代总司令统一指挥下再次对龙陵发动总攻，血战三昼夜，增援日军循原路溃退。10月29日起，经五昼夜激战，将龙（陵）芒（市）公路截断，逐次攻略龙陵城外各据点。远征军对龙陵日军三面包围。日军于11月2日夜间向缅北溃退，龙陵于3日克复。
三 打通中印公路
（一）攻占八莫
1944年8月5日缅北密支那攻克后，中国驻印军向南攻击八莫。日军由缅南抽兵力赶赴八莫，企图死守。
为尽快打通中印公路，驻印军指挥部于1944年10月10日下令，分3个纵队于10月15日开始向南攻击印道、杰沙亘瑞古之线。左纵队唐守治师渡伊洛瓦底江，向八莫进击。中央纵队李涛师、潘裕昆师攻占瑞古。李涛师再克西曼、曼大两地（八莫南），随即以一部向八莫进击，策应唐守治师对八莫之攻击；17日与唐师会合，协力攻击八莫。唐守治师激战至12月15日，终将接近中国边境的缅甸重要市镇八莫城完全攻占。
右纵队英印军第36师未遭抵抗，进抵巴纳，先后夺占莫多、杰沙。廖耀湘军李涛师于29日渡过瑞丽江，攻占拉西、芒市卡。
（二）克复南坎
新1军围攻八莫的同时也开始了对南坎的攻略。南坎位于八莫东南，为缅甸与中国交界处的市镇。11月19日，新1军不待八莫之敌肃清，令李鸿师主力对南坎发动攻势。救援八莫之日军与远征军攻击南坎之部队发生激战。李鸿师奋勇作战，日军虽屡次增援反扑，均被击退。唐守治师抽出一团秘密向南坎日军右侧迂回，20日将日军完全击溃。至1945年1月5日，远征军全线总攻，15日上午将南坎袭占。
（三）芒友会师
芒友、腊戍间的重镇南坎克复后，1月16日，李涛师向芒友进击，李鸿师围歼南坎东南老龙山日军。各部肃清南坎周围日军，将芒友外围要地全部攻占。24-27日，唐守治师经3日激战，攻占芒友。27日，中国驻印远征军与中国滇西远征军第11集团军之张金廷、胡家骥、李志鹏诸师会师。中印公路至此完全打通。
唐守治师自芒友沿芒（友）南（巴卡）公路南下夹击日军，血战至2月2日，将日军击灭。新1军进占南巴卡。日军据守贵街、新维，企图固守腊戍。新1军沿公路东西两侧向新维进攻。李鸿师于14日占领贵街，19日攻占新维。
（四）攻占腊戍
新维至腊戍间为绵延山地，隘路狭小，易守难攻。日军企图在腊戍作较长时间的固守。23日唐守治师、李鸿师各一部分3路前进，3月2日完全攻占腊戍外围的日军据点。日军虽反击，但在唐师步炮兵和战车联合攻击下伤亡殆尽。7日，唐师突入老腊戍火车站，8日冲进腊戍市区。日军大部被歼，残部向南溃散。滇缅公路中心重镇腊戍完全克复。
（五）皎梅会师
唐守治师攻占腊戍后，南下向细胞（一译“昔卜”或“西保”）挺进，3月24日与潘裕昆师会师，26日攻克细胞。当新1军自南坎向腊戍攻击时，新6军潘裕昆师于2月25日攻克南渡，3月16日攻克西徐，然后分兵二路，向东西方向攻击。东路与唐守治师先头部队会师于康沙，西路于3月30日与自巴纳南下击破少数日军之英军第36师会师于皎梅（一译“乔梅”）。至此，皎梅以东、腊戍以西公路、铁路沿线日军分向景栋、东枝（棠吉）方面溃退。缅北作战至此结束。
1945年初，新编第6军和中国驻印远征军直属特种部队陆续奉调回国。新1军驻守缅北各要地，等待英军接替。至5月5日，英军攻占仰光，缅甸全境从日军手中收复。
四 滇西边境收复
第11集团军（宋希濂）攻克龙陵后南进，于1944年11月19日向芒市（今潞西）日军猛烈围攻，日军向西南退却。王凌云军张金廷师占领芒市老街、新街，肃清残敌，芒市完全克复。第11集团军于11月22日分4路围攻通往边境的市镇遮放。12月1日遮放完全克复。
自向滇西发动反攻以来，远征军官兵伤亡6万余人，补充仅万余，部队急需整补。为早日与驻印军会师，从12月12日起，蒋介石连连下令迅速攻击中缅边境重镇畹町。驻滇远征军司令长官卫立煌遵令部署。自12月25日起，周福成军、王凌云军向南推进，27-28日开始进攻畹町战役。1945年1月5日，远征军强渡龙川江，背水与日军激战半月，截断滇缅公路及通南坎、八莫的公路。第11集团军向畹町逼近，实施三面包围，防守畹町的日军向南突围。20日畹町完全克复。
1945年1月15日，驻印远征军已进占缅甸边境的南坎。21日，驻滇远征军越过国境追击南逃日军。22日晨，驻滇军周福成军赵镇藩师与驻印军唐守治师在缅境的木姐会师。27日，滇西远征军与驻印军在缅境芒友会师。滇西沦陷地区已全部收复。云南省为中国最早将日本侵略军驱逐出境的一个省份。