當台北入城儀式隆重舉行的時候，第l08輕裝甲師、第l3和第39海軍陸戰旅以及投誠起義的台灣守備第l旅團等部隊則在東北軍轟炸機群的掩護支援下繼續對潰敗的日軍窮追猛打。安藤中將在萬般無奈下決定將部隊殘部集結分散於台灣中部和南部的山丘林野間與中國軍隊打游擊戰和消耗戰，試圖最大限度地延遲中國軍隊的進攻速度。但安藤中將又很快絕望地發現，自己此舉和一千五百年前淝水大戰中的苻堅一樣，誘敵深入完全變成了開門揖盜，其充量僅僅是在垂死掙扎而已。擁有制海權和制空權的東北軍通過航母艦隊和空軍運輸機群源源不斷地將後續兵力和軍用物資運入台灣，而日軍的處境卻已經是舉步維艱。日益窘迫。加上東北軍的轟炸機群整天沒完沒了地盤旋在日軍的頭上，將日軍後退的重要橋樑、鐵路通道、儲存物資的軍火庫給炸得天翻地覆，使得日軍的彈藥糧食等補給很快陷入匱乏癱瘓狀態，潰敗亂流中的日軍接連一批又一批地被後面海潮般洶湧追來的中國軍隊給鯨吞蠶食掉。在這種「牛刀殺雞」的兇猛攻擊下，新竹、台中、花蓮、彰化、嘉義、台南等一連串戰略要地和台灣的重要城市在短短一周之內紛紛落入中國軍隊之手。東北軍前鋒部隊很快就逼近了高雄港。
從台北到台南一路丟盔棄甲損失慘重的日軍仍然妄圖作困獸之鬥，10月15日，安藤利吉中將將第1231師團和第l01聯隊殘部的7500餘人全部撤入台灣南部的阿里山東部山脈中，準備依託這裡的山巒屏障和崎嶇的山道等地理優勢繼續負隅頑抗直至戰至最後一兵一卒為止。但不等日軍在山內構築好簡易的防守工事，東北軍第108輕裝甲師和台灣守備第l旅團共兩萬餘兵力便在八十多架戰鬥機和轟炸機的空中支援下發動了猛攻。
儘管遭到了東北軍炮兵部隊和空軍部隊長達一個小時之久的炮擊和轟炸，但死傷慘重的日軍面對滾滾開來的東北軍坦克部隊卻仍然投有放棄抵抗，大批的日軍傷員紛紛組成「肉彈」部隊進行自殺性攻擊，使得中國軍隊的進攻付出了很大的代價。16日夜間，另一路東北軍的第l3海軍陸戰旅閃電般輕取高雄市並佔領了高雄軍港，港內日軍機場上殘餘的二十多架戰鬥機和轟炸機在東北軍即將攻入機場的時候紛紛搶先升空，飛入夜空中並趕赴阿里山助戰。安藤中將在四面楚歌黔驢技窮的情況下，斷然命令投完炸彈的日軍飛機不準回到琉球機場或日軍在華南佔領區內的機場，而是全部撞向中國軍隊的陣地實施敢死進攻，並為之取名「神風敢死隊」。
雖然「神風敢死隊」給對此毫無防備的中國軍隊造成了很大損失，但仍然投有阻擋得了台灣日軍滅亡時刻的到來。激戰至17日下午，日軍兵員死傷殆盡，火炮、戰車、輕重機槍、迫擊炮等重武器基本全部被炸毀，而彈藥也陷入了枯竭之中。傍晚5時整，安藤利吉中將等十五名日軍將佐級軍官在設立在山坳里的指揮室內集體切腹自殺。失去指揮的日軍殘餘千餘人很快被中國軍隊盡皆殲滅，小部分逃入了山林。日本台灣第十六任總督中川健藏則在高雄官邸內被生擒，不過由於他治理台灣多年來「頗有政績」且投有參加日軍對台灣的屠殺和鎮壓活動，所以被東北軍以禮相待並通過駐華日本領事館將其遣送回了日本。
10月18日上午，中國東北邊防部正式宣布：台灣戰役結束！台灣勝利光復！消息傳遍大江南北後，頓時舉國歡騰，全國陷入了一片熱烈慶祝的海洋中。
收復台灣後的東北軍海軍只是略微休整了一下，艨艟艦隊便再次乘風破浪縱橫中國海疆之上。22日上午，東北軍第l3海軍陸戰旅以及陸軍第5、第l0摩托化步兵旅分批於三亞港口登陸，展開了收復海南島的戰役。在當地國其敵後游擊隊的配合下，東北軍麈戰至ll月1日，陸續殲滅了駐海南島日軍之第l09師團大部約9000餘人，並擊斃其師團長松浦淳六郎中將，日軍殘部則通過海口港倉惶逃往了廣東雷州半島。海南島勝利收復！消息公布後，全國軍民士氣民心再次振奮不已，必勝的信念充滿了每個中國人的心頭。
十一月五日，東北政府對全國通電宣布並向國民政府遞交了政府申請公函：台灣島以及其附屬的澎湖列島、蘭嶼群島、釣魚島、赤尾嶼等諸東海島嶼其同設立為中國台灣省，省會城市為台北市，全省暫時歸屬中國東北行政區管轄治理；海南島以及其附屬的東沙群島、中沙群島、西沙群島、南沙群島等諸南海島嶼其同設立為中國瓊灣（海南的舊稱）省，省會城市為海口市，全省暫時歸屬中國東北行政區管轄治理。這樣，台灣省和瓊灣省繼南朝鮮省和北朝鮮省後成為了東北的第九個和第十個省份，中國東海（包括渤海、黃海和原東海區域）和中國南海也隨著台灣、瓊灣掌握在了東北軍的手裡而成為了東北軍海軍的控制海域。東北軍海軍司令部奉張學良指示隨即下令在台灣省基隆市和瓊灣省三亞市分別建立東北軍東海艦隊基地和東北軍南海艦隊基地（註：中國東北的官方文獻和軍方資料中所指的「中國北海」就是日本海以及朝鮮海峽）。控制了台灣省和瓊灣省，不但讓東北增加了近900萬人口以及約5.5萬平方公里的陸地面積和將近500萬平方公里的海域，使得張學良控制了中國的半壁江山，還讓東北從此獲得了大量東北內地缺乏或直接沒有的重要戰略物資，比如瓊灣省特產的天然橡膠、稀有藥材植物、水晶石、鈦礦石、稀土礦石、可燃冰、煤炭、海底石油等重要礦產資源以及台灣省盛產的稻米、糖類、亞麻、棉花、煙草、番薯、海產品等糧食作物。但對於此次參加台灣戰役和瓊灣戰役的東北軍陸海軍官兵以及空軍航空兵們來說，他們最驚喜最開心的事情的則是在這裡大開眼界且大飽口福了一通，要知道香蕉、菠蘿、芒果、甘蔗、荔枝、檳榔、檸檬這些熱帶水果可是在處於北緯溫寒帶地域內的東北內地根本見都見不到的稀罕物。
次日，東北邊防軍總司令張學良上將還宣布，為了慶祝台灣和瓊灣這兩大祖國寶島的光復，東北軍海軍已經建造完70%的兩艘l2000噸級防空反潛巡洋艦分別命名為「台灣號」和「瓊灣號」
10日，東北軍航母艦隊分批返航回東北的海軍基地，在「路過」濟州海峽的時候，艦隊立刻展開了對濟州島的登陸戰役。長久以來，東北軍的海軍軍官們早就對這根日軍卡在東北脖子上的硬刺忍無可忍了，當初東北軍沒有航空母艦和大噸位的水面戰艦，所以才對這個距離南朝鮮省僅僅幾十海里的小島無可奈何，但現在可是今非昔比了。滿肚子火的東北軍水面戰艦和航母艦載機半天之內便往這個彈丸小島上傾瀉下了4000多噸炮彈、炸彈、燃燒彈和凝固汽油彈，將整個小島和上面駐紮的一個支隊的日軍統統夷為了平地。隨即，第39海軍陸戰隊便輕而易舉地佔領了這個位於中國東海和中國北海之間咽喉要衝地方的島嶼。
日本在華艦隊遭到毀滅性重創；台灣省和瓊灣省重新被中國軍隊收復；中國東海海域和南海海域落入了東北軍海軍的控制之中，這一系列的；沉重打擊對此時已經日薄西山奄奄一息的「大日本帝國」來說無疑又是一番接一番的迎頭巨棒，日本人最引以為傲的聯合艦隊的主力盡皆折戟沉沙以及隨之而來中國海域制海權的喪失，使得深陷中國大地里的百萬日軍成為了無源之水、斷根之木，則其被越戰越強的中國軍隊一一殲滅已經是早晚的事情了。此時國內國共兩大黨派和各方勢力以及國際上各國一直緊張關注著中日戰爭的政府軍隊都已經心若明鏡：這場最終決定誰才是東亞霸主地位的中日大戰已經基本是塵埃落定了。日本帝國輸定了。一九三八年十一月十一日，上午九時許，武漢國民政府石破天驚地向世界通電宣告：中華民國政府正式對日本帝國政府宣戰！
萬眾矚目中，中華民國大總統兼國民黨總裁、軍事委員會會長、全國陸海空三軍總司令、中央執行委員會主席蔣介石在陪都武漢的政府大廳內鄭重發布公告道：
日本帝國夙以征服中國並獨霸亞洲為其國策。自「淞滬事變」爆發以來，中國不顧一切犧牲而頑強自主抗戰，其目的不僅為保衛中國之獨立生存，同時也意欲打破日本帝國之侵略野心，維護國際公法、正義以及人類福利與世界和平，此即中國政府屢經聲明者也。中華民族為酷愛和平之博愛寬仁民族，過去一年零六個月之神聖抗戰，原期侵略者之日本帝國於遭受實際之懲創後而終能反省。在此時期，各友邦亦極端忍耐、冀其悔禍、俾全亞洲之和平能得以維持。不料暴戾成性之日本帝國執迷不悟，悍然繼續瘋狂肆虐於我中國神聖國土之上，並大肆荼毒殘害我國國民，甘為破壞全人類和平與正義之戎首，逞其侵略無厭之野心。舉凡尊重信義之仁愛國家，成屬忍無可忍。茲特正式對日宣戰，昭告中外。所有一切條約、協定、合同，凡有涉及中、日間之關係者，一律廢止，中國政府即日撤回駐日外交大使，並關閉日本在華大使館。特此布告，即刻生效。——中華民國二十七年十一月十一日。蔣中正。
緊接著，蔣介石再次發表了《告全國軍民書》，號召