6月1日。新22师将索卡道之敌全部肃清，毙敌5108人，生俘樱井中队长以下日军112人。之后，新22师挥师南下，向加迈猛进。
16日，新22师和新38师113团在加迈会师，日军第18师团团长田中新一率1500余残兵，在第53师团主力的接应下仓皇南逃。
6月25日，新38师114团攻克孟拱，歼敌1600余人。但是，夺取密支那城区的战斗却进行得十分激烈而艰苦。史迪威在空降成功的胜利心情鼓舞下，下令部队两周内拿下密支那。然而，他低估了敌人。
中美联合突击队占领密支那机场后，日军急忙自滇西和八莫调派部队向密支那增援，使该地日军达到约2个联队的兵力。轻敌冒进的中美部队在密支那火车站惨遭日军伏击，伤亡巨大。史迪威连续向密支那空运了第14师的第41、42团、新30师的第89、90团、第50师的149团。
各部队不断向日军发动猛攻，但日军凭借坚固的工事，顽固抵抗。随着缅滇雨季的到来，战斗更加艰苦。7月以后，孟拱、加迈之敌已被歼灭，密支那成为一座孤城。
但是，日军指挥官水上源藏少将按照第33军军长本多政材死守密支那的命令，依然负隅顽抗，作困兽之斗。史迪威撤换了联军指挥官博特纳准将，重新调整了部署，以第50师、新30师和美军拉加哈德突击队从三面围攻密支那。7月13日，中美联军向密支那发起总攻，很快肃清了外围阵地，攻入市区，随即开始与日军逐个房屋、逐条街道地进行艰苦争夺。经过20天的激战，终于在8月3日肃清了密支那的残敌，占领了整个市区。
日军城防司令官水上源藏见大势已去，被迫自尽。仅有少数残敌偷渡伊洛瓦底江，向八莫逃窜。在这场历时80天的密支那攻坚战中，中美联军浴血苦战，歼灭日军约3千人，自身伤亡约7千人。胡康河谷--孟拱河谷战斗，中国驻印军歼灭日军第18师团全部，及第53师团和第56师团各一部，共击毙日军2万多人，一雪两年前兵败缅甸的耻辱。
廖耀湘在胜利后，立即至电蒋介石，兴奋地谈到“此次敌重武器及军用车辆遗失之巨，人员死伤疾病转于沟壑者之众，狼狈溃散惨状，有甚于两年前国军野人山之转进。追昔睹今，因此痛雪前耻，官兵大奋。”正在这边战事如火如荼、高奏凯歌之际，在中原大地上一场蓄谋已久的大战来开了帷幕。