沿着泥泞的道路，中国军队一天的强攻，还不足以将战线前推200米。有时白天夺下的阵地，又被日军晚上从坑道发动的突袭夺回。雨水和洪水使密支那的低地变成沼泽，沼泽变成汪洋。战士大量减员，战斗呈胶着状态。史迪威将军也无可奈何。
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“死守密支那”的命令，依然负隅顽抗，作困兽之斗。中美联军调整了部署，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7日，在抗日战争爆发7周年的纪念日，身处密支那前线的郑洞国、孙立人等将领向中国军队下达总攻令。借着美军轰炸机和新式火箭炮的掩护，中国军队再度夺下密支那火车站，并与美军一起，形成对市区的三面包围之势。日军阵地遭到毁灭性破坏，战壕里积满了雨水，日本兵浸泡在齐腰深的水中，拼死抵抗。
7月18日，中、美军队转入密支那街区巷战，逐巷、逐屋搜索前进，并于8月1日攻下密支那市区的7条主要街道，日军被压缩到城北的最后阵地。当天下午，第50师师长潘裕昆少将招募“决战敢死队”，官兵纷纷报名，连司令部的传令兵、军械兵、伙夫都要求获得以死报国的机会。8月1日深夜，由104人组成的中国“敢死队” ，在当地华侨的带领下，冒雨绕到日军背后。次日凌晨，“敢死队”与正面部队同时发动进攻，日军腹背受敌，意志终于崩溃，除死伤于阵地的日军外，其他残兵惶恐地逃出战壕，仅4、500人用竹筏及泅水渡过伊洛瓦底江，向八莫方向溃退。日军在密支那的最高指挥官水上源藏被逼到江边的一棵大树下拔枪自杀。
此役，共击毙日军2000余人，俘70余人，我中美联军伤亡及因战生病人员共计6千多名，其中阵亡1244名(美军272中国军队972名)战士。经过80天的艰苦激战，中国驻印度军队无数士兵的宝贵生命，换来了整个亚洲战场具有战略转折性意义的胜利。
密支那的克复，标志着盟军缅北会战取得了决定性胜利，缅甸战场的主动权从此转入盟军手中。对中国来说，意味着两条被阻断的运输线——中印公路同滇缅公路的连通指日可待，危险的“驼峰航线”从此载入史册，空军可以从东南部更安全、更便捷的航线飞往昆明和重庆;中国西南战略形势根本改观，抗日大后方真正有了稳定感;而日军对缅甸的占领已屈指可数，其在亚洲大陆的全面进攻，也从此演变成节节防御，最后彻底崩溃。 此次会战(孟拱河谷与密支那战役)，给日军王牌第18师团等部以毁灭性打击，歼灭日军2万多人，中国远征军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。”