昏，第54军第198师主力及第36师，在强大的空、炮火力和工兵的支援下强渡怒江，至次日拂晓，上述部队全部过江。同时，为策应第20集团军作战，第11集团军以新编第39师加强团由惠仁桥、第88师加强团由打黑渡、第76师和第9师联合编成的加强团由罕拐渡，分别渡江，因行动隐秘，均未遭日寇抵抗。
渡江后，新编第39师加强团于13日攻占江木树；第76师和第9师联合加强团与第88师加强团合力夹击平戛街。5月13日，日寇大部退向芒市，仅以一部固守平戛街。新编第53师以1个加强团向滚弄方向攻击。
第54军主力渡江后，右翼第198师连克大寨、茶房，向北斋公房攻击。北斋公房位居高黎贡山险要，日寇工事坚固，据险顽抗，第198师久攻不克，遂以一部正面监视，主力由两侧绕越，向马面关、桥头攻击。16日，该师在炮、空火力支援下，一举攻占马面关和桥头。21日，第198师主力对北斋公房再次发起攻击，日寇第56师第148团1个营据险死守，双方形成对峙。
左翼第36师渡江后，向大尖山、唐习山、鸡心山方向攻击，日寇利用外围据点凭险死守，第36师攻击受挫。13日，第20集团军第53军抵达战场，接替第36师攻击任务。该军第116、第130师于14日晨向日寇发起攻击，在优势炮、空火力支援下，于15日晨将上述日寇据点攻克，并继续向江苴街前进。沿途遭各据点日寇阻击，战斗甚为激烈。
日寇所有据点均地势险要，第53军各部实施仰攻，牺牲甚大，遂在优势炮、空火力支援下，先以火力摧毁日寇工事，再以步兵迂回敌后，包围攻击。苦战到6月21日，终将南斋公房、江苴街等地攻克。该军除以一部肃清龙川江东岸残敌，另以一部进至龙川江西岸警戒外，主力则于江苴街附近整顿，准备与第54军合力攻击腾冲。
右翼方面，第54军第198师主力久攻北斋公房不克，陷入苦战。6月9日，日寇第56师调集主力向北斋公房方面增援，突破第198师马面关、桥头阵地，与北斋公房日寇取得联络。第54军急令第36师以一部监视瓦甸之敌，主力北攻桥头，协同第198师反击增援之敌，将日寇击退。
此时，第11集团军第6军预备第2 师也奉命赶来增援。6月14日，第198、第36师、预备第2师合力攻克北斋公房，16日再克马面关、桥头。残敌分经明光、瓦甸向腾冲退却。随后，第54军于龙川江东岸集结，准备向腾冲攻击。
1944年5月17日，缅北中国驻印军开始围攻密支那，中国远征军再无后顾之忧（密支那和腾冲仅一山之隔）。国民政府军事委员会遂于5月22日，命令担任防守任务的第11集团军在第20军左翼渡过怒江，攻击龙陵。该部于5月30日完成渡江攻击准备，1944年6月1日，第71军各部分别由惠通桥、毕寨渡、三江口渡过怒江；第2军于6月上旬渡江；远征军总预备队第8军于6月中旬渡江。至此，中国远征军各部16万余人全部渡过怒江，投入滇西反攻作战。
第11集团军怒江西岸当面之敌，为日寇第56师主力，以龙陵为核心，在其前方配置两大据点，一为滇缅公路上的松山；一为镇（康）芒（市）公路上的平戛，松山据点最为坚固。日寇配置于松山、龙陵之间的兵力，为该师第113团主力，平戛、芒市间，为第146团主力，各个据点均储备有大量粮食、弹药，可作长期独立作战。
率先在左翼渡江的第71军新编第28师于6月4日攻克勐腊，向松山进攻，久攻不克。第87、第88师则向龙陵突进，于6月10日抵近龙陵近郊，日寇先后从腾冲、芒市抽调兵力增援龙陵，双方陷入苦战。6月18日，龙陵方向得到增援的日寇已达5000余人，第71军被迫转入防御。
第11集团军第2军渡江后，向平戛方向攻击。期间，因龙陵方向战况吃紧，其一部第76师增援龙陵，第11集团军各战线战事均陷入胶着。
6月25日起，滇西反攻作战进入第二阶段，第20集团军第54军和第53军开始南下向腾冲推进。
腾冲是滇西的一座边陲小镇，面积仅4平方公里，城墙高7米、厚4米，有“铁城”之称。日寇在占领腾冲的2年时间里，以腾冲城为核心，构筑了坚固的永久防御工事，城外来凤山和飞凤山为外围要地，地堡高低不断，铁丝网密布前沿，守军为第56师团一个团。
6月29日，第20集团军各部一路攻击前进，抵达腾冲外围。7月2日，第20集团军以左翼为重点开始攻击。日寇据守外围飞凤山、观音堂、来凤山等险要坚固据点顽抗，攻击进展迟缓。至16日，集团军以第36师主力向来凤山方面增加兵力，并增加炮兵火力。在空军支援下，经10天激战，终于27日将来凤山攻克。第53军方面也已将飞凤山攻克，随即向腾冲城迫近。至此，腾冲外围据点全部夺取，残余日寇退入城内固守。
7月27日起，第20集团