11月15日凌晨五時許，從昆明、麗江、貴陽三個軍用機場起飛的五十餘架轟炸機，在三個戰鬥機中隊的掩護下，突入緬甸上空，對密支那、曼德勒和八莫三個空軍基地發動空襲，揭開了反攻緬甸的序幕！
緬甸日軍情報部門早已經從中國軍隊頻繁的調動中嗅到了濃密的火藥味，知道新一輪的進口即將開始，於是在山下奉文的直接部署下，增調第15師團進駐曼德勒，準備隨時增援臘戍前線與中國軍隊對峙的第二師團和第49師團。為了保障補給線路的暢通無阻，日軍工兵部隊徵集了大批的勞工，修復了鐵路，並拓寬了伴隨著鐵路的公路，而且在鐵路沿線的戰略要地構築了堅固的工事，儲存了大量的武器彈藥——這樣一來，即使防線被中國軍隊從正面突破，日軍也能夠藉助這些工事和補給節節抵抗，遲滯中國軍隊的進攻，直到雨季來臨！
山下奉文判斷，中國軍隊既然已經佔領了臘戍，並將這裡經營成堅固的出發陣地，肯定會把這裡作為主攻方向，而這裡又有鐵路直通曼德勒，可以直接威脅到仰光，更加堅定了他的判斷，於是他把緬甸日軍的主力全部梯次配備在臘戍至曼德勒之間的廣大地區，中緬邊境的其他地方總共只分派了不到一個旅團的兵力，主要防務全部由東南軍團中的緬甸地方部隊來負責。
嚴陣以待的日軍在第一時間就發現了中國空軍的入侵，陸軍航空兵緊急出動，在緬甸上空展開了激烈戰鬥。由於中國空軍裝備的美國P-38「閃電」式戰鬥機性能遠遠超過日本陸軍航空兵的戰鬥機，而日軍航空兵又在德里會議前後連續遭到兩次重創，戰鬥機數量嚴重不足，因而很快在空戰中落了下風，光是在曼德勒上空就被擊落了十二架戰鬥機，完全無法阻止中國空軍對上述三座城市的猛烈空襲。短短三天時間裡，機場、火車站、兵營、橋樑等戰略要地幾乎無一倖免。
從第二天開始，日本海軍聯合艦隊游弋在孟加拉灣上的兩艘航空母艦上面的六十多架艦載「零式」戰鬥機也加入戰鬥，妄圖挽回劣勢。
「螳螂捕蟬，黃雀在後」早就嚴密監視著日軍航母一舉一動的美軍第十航空隊趁日機傾巢而出的時間，派出二十五架重型俯衝轟炸機，在兩個戰鬥機中隊的掩護下向日軍航母編隊殺了過去。
儘管航母上所剩無幾的戰鬥機悉數升空，仍然沒有辦法阻止美軍轟炸機的接近，最後，轟炸機穿過艦隊上空密集的防空炮火，把重磅炸彈和投擲下去，最後不但擊沉了一艘驅逐艦，而且將一艘航母的甲板炸出一個四五米寬的大洞，使其無法回收戰機。等到日軍艦載機返航的時候，才發現自己的艦隊已經遭到重創，半數飛機只得在仰光機場迫降，航母編隊也緊急後撤，放棄了對陸軍航空兵的支援。
隨後的幾天時間裡，中美空軍完全掌握了緬甸的制空權，對緬甸北部的日軍陣地和交通線進行了空前猛烈的轟炸，將數百噸炸藥傾瀉而下，然而，由於日軍構築的工事非常堅固，轟炸的效果並不明顯，只是將八莫和密支那兩個軍用機場破壞殆盡。
11月20日上午，中國空軍出動大批轟炸機對密支那城進行了長時間的轟炸。
十點鐘左右，緬甸軍團突擊隊兩千餘人突然出現在密支那以西約兩公里左右的飛機場發動猛攻。守衛這裡的日軍一個步兵中隊被突如其來的打擊搞得懵頭轉向，還沒來得及組織起有效的抵抗，就被狂風暴雨般的子彈和鋪天蓋地的手榴彈消滅掉大半，僥倖脫逃的三十多名日軍倉皇向城區跑去。突擊隊經過一個多小時的戰鬥就完全肅清了機場上的敵人。隨後在機場四周建立防禦工事，並全力搶修嚴重受損的機場，等到下午四點鐘的時候，終於清理出一條跑道，緊接著，滿載武器、彈藥、給養和增援部隊的運輸機和滑翔機，接連不斷地在密支那機場降落，很快就對密支那守軍形成了壓到性的優勢。
密支那只有日軍一個步兵大隊和大約兩千名沒有什麼戰鬥力的緬甸偽軍駐守，機場的兩個中隊被殲滅之後，守軍等於損失了一半的兵力，連反擊的能力都沒有了，可笑的是，日軍多達三個師團的部隊正安靜地坐在臘戍至曼德勒一線的堅固工事裡面坐等對面的中國軍隊發起攻擊，卻不知道緬甸軍團的主力已經悄悄從西線越過國境。
日軍緬甸方面軍指揮官第15軍軍長牟田口廉也中將接到密支那機場被中國軍隊佔領的消息之後極度震驚，慌忙把第15師團的一個步兵聯隊經鐵路火速運往密支那，然後親自率領師團主力部隊沿著鐵路向密支那前進，準備死守密支那，同時把這一消息向山下奉文報告。
日軍的反應早就在緬甸軍團的預料之中，中美兩國空軍借著蒼茫的暮色，對連接密支那和曼德勒之間的鐵路狂轟濫炸，成功地摧毀了兩座橋樑，迫使日軍的增援部隊只能徒步前進。
次日上午，緬甸軍團兵分三路，一路猛攻密支那城，另外兩路分別向孟拱和加邁攻擊前進。
中國空軍對密支那城區進行了地毯式轟炸，經過三個小時的空襲之後，將半個城區全部夷為平地，但是日軍憑藉堅固的工事生存了下來，與中國軍隊展開慘烈的攻防戰！
中國軍隊在第一進攻中就投入了一個步兵團的兵力，以十幾輛坦克為先導，在數十門重炮的掩護下從西向東突擊。日軍抱定死守密支那的決心，依託堅固的工事負隅頑抗，為了阻止中國軍隊的前進，頻頻發射毒氣彈，並不時點燃房屋，無所不用其極。
早就領教過日軍這些招數的中國軍隊步步為營，一點點向前推進——先用整整一天的時間肅清了日軍的外圍工事，然後分四路進入城區；緊接著，用火焰噴射器、槍榴彈、坦克武裝起來的攻擊部隊與日軍展開逐家逐戶戰，毫不客氣地把一間間房屋、一條條街道全部炸平、掃光，使日軍根本沒有藏身之地！慘烈的戰鬥剛剛開始沒有多久，緬甸偽軍就集體投降，剩下的日軍經過一整天的戰鬥之後，被壓縮在城東面積不足五百平方米的狹窄區域內。
下午四點整，攜帶著重磅炸彈和燃燒彈的轟炸機再度飛抵密支那城，在地面部隊到導引下對日軍陣地進行了長達半個小時的轟炸，等到轟炸結束之後，這裡已經變化了一片廢墟，焦黑的地面上不時傳來陣陣屍體的惡臭，頭戴防毒面具的戰士們花了一個小時的時間，從裡面清理出三百多具殘缺不全的屍體，此時，日軍的增援部隊已經在猛烈的空襲下被切成三段，最前面的距離密支那還有二十多公里的距離。
密支那的收復，標誌著國軍緬北會戰已經取得了決定性勝利，緬甸戰場的主動權從此國軍手中，因為兩條被阻斷的運輸線——中印公路同滇緬公路的連通指日可待！
山下奉文接到密支那失守的消息之後暴跳如雷，不顧雙方實力的巨大差距，仍然命令第15軍限期奪回，然而，他的命令剛剛下達不到兩個小時的時間，英軍就在英帕爾成功地實施空降，並經過短暫的戰鬥粉碎了守軍的抵抗，然後頻繁起降的運輸機將兩個步兵團的兵力和裝備源源不斷地輸送過來，並在日軍增援部隊趕到之前建立了牢固的防線，與密支那西進的中國軍隊遙相呼應！
山下奉文這才意識到，在失去了制空權的情況下，他的任何反擊行動都不可能取得成功，考慮再三之後，只好取消了剛剛發出的命令，轉而要求第15軍採取守勢，確保緬甸中南部地區，盡量保障印度日軍的後方安全。
然而，盟軍根本就沒有給日軍任何喘息的機會——英帕爾被收復之後，英國第十集團軍和印度本土部隊在美國第十航空隊的支援下，向日軍發起全線進攻，迫使日軍轉入陣地防禦作戰！就在這個節骨眼上，鮑斯·錢德拉統帥的印度解放軍臨陣倒戈，使防線出現了長達幾十公里的缺口，迫使日軍不得不大踏步地後退，以收縮防線。
11月底，孟拱、加邁兩地先後被中國軍隊攻克，並且與英軍在英帕爾勝利會師，將印度日軍的後路徹底封死，從而完全掌握了南亞戰場的主動權。
國民政府統帥部確認緬甸日軍已經沒有還手之力後，當即命令參與武漢會戰的各野戰軍完成最後的準備工作，不日發起被緬甸戰事延誤了半個多月的會戰！