怒江西岸的高黎贡山是扼守滇缅公路的要冲，地理位置重要，但山高坡陡，地势险峻，悬崖峭壁到处可见，部队无法攀越。日军在高黎贡山修筑了滕冲、龙陵、松山、平易四大据点，企图以这些据点为核心，阻止中国远征军的进攻。
第20集团军受领任务以后，命令第54军担任第一线兵团，第53军担任第二线兵团，迅速进行战斗准备。其作战方针是：“集团军为策应驻印军攻击密支那，于怒江左岸之栗柴坝、双虹桥间地区集结，主力保持在左，强渡怒江，攻击当面之敌，进出固东街、江且街之线，攻击滕冲而占领之”。
1944年5月9日，第20集团军下达了向入侵滇西的日军进行反攻的命令。
5月11日，中国远征军滇西反攻作战打响。高黎贡山，成了中国远征军痛歼日军的一个大战场。
夜幕降临了，紧张的渡江战斗开始了。
5月11日夜，第54军第198师所属第594团从栗柴坝和孙足渡口开始渡江。部队过江后，与怒江西岸的预备第2师游击营配合，攻击那瓦寨。这以后，在蜿蜒150多公里的怒江江面上，2万远征军勇士在12个渡口奋勇横渡怒江。
5月12日拂晓，第一线兵团各部队全部渡过怒江，北路第54军向北斋公房攻击，南路第53军向大塘子攻击。第11集团军的4个加强团从惠仁桥至三江口之间渡过怒江后，分别向红木树、平和缅甸的滚弄进攻，策应第20集团军的作战行动。由于部队行动巧妙，渡江过程中没有遭到日军的抵抗。部队渡过怒江后，突然向日军发起攻击，进展顺利。
5月13日，红木树、平易的日军遭到远征军的突然袭击后，狼狈地退向芒市。
北路：一线兵团第54军兵分两路，左翼为第36师主力和第116师第346团，右翼为第198师。
第36师主力渡过怒江后，迅速向大尖山、唐习山、鸡心山方向进攻。大尖山地形险要，第36师的突击部队经过一番苦战，一度攻入大尖山日军阵地，但是，日军很快组织力量进行反攻，把远征军的突击部队击退。这以后，第36师连续作战三天，都无法攻克大尖山。
5月13日，卫立煌接到第54军军长报告，第54军正与日军激烈争夺唐习山据点，阵地得而复失。卫立煌听后，立即命令第53军全部渡江，支援第54军的部队夺占唐习山。第20集团军司令部进一步明确，第53军渡过怒江后，接替第36师的作战任务。
午夜，第53军所属第116、第130师渡江成功。
第53军是一支原东北军缩编的部队。1944年3月，军委会打电话给卫立煌，准备把第53军调入中国远征军，征询卫立煌的意见。卫立煌对各类部队一视同仁，他想到，当年的东北军现在仅剩这1个军，抗日战争爆发后，第53军的官兵参加武汉大会战，转战黄河南北，像一个无娘的孩子，应该鼓励他们，团结他们共同抗日。卫立煌看完电报，立即回电，欣然表示，欢迎第53军来滇西。当时，第53军正在洞庭湖一带与日军对峙，从湖南到滇西，路途遥远，卫立煌正为无法解决交通工具发愁。谁知第53军得知要到滇西抗日，士气高昂，官兵远涉千山万水，徒步来到滇西。这些将士们的抗日热情，使卫立煌这员虎将为之感动。
卫立煌得知第53军到达滇西受训地点时，立即去看望他们。一进入营区，卫立煌看到，这个军的官兵抗日热情高昂，武器装备却是破破烂烂的。卫立煌当即下令，第53军全部换成美式装备。官兵们一听，忍不住高声呼喊，部队求战的热情更高了，战斗力增强了。
5月14日，第53军的突击部队在强大的炮兵火力和航空兵火力的支援下，向大尖山、唐习山的日军发起强攻。经过一天一夜的激战，第53军将士攻克了大尖山和唐习山的日军据点，继续向江直街前进。战斗中，美国联络官马丽瑞少校和远征军的1名营长阵亡，美军的一名医官和1名翻译官等人负重伤。
日军遭到中国远征军的打击后，迅速组织力量，利用有利地形和既设工事，逐点抵抗，异常顽强。远征军虽在兵力和火力上占有很大的优势，但遭到日军的阻击后，伤亡大。攻击战斗持续了1个多月，直至6月21日，远征军将士终于把南斋公房、江直等日军据点攻克。
担任右翼进攻的第54军第198师渡过怒江后，迅速攻占了大寨、茶房等地，但是，当他们向高黎贡山山顶要塞北斋公房仰攻时，却陷入了苦战。北斋公房是高黎贡山一处险要地区的日军据点，工事坚固。日军第56师团第148旅团用2个营的兵力在北斋公房据险死守。第198师初攻北斋公房没有得手，即改变战法以一部兵力监视当面之敌，主力从两侧绕道，先向马面关和桥头攻击。
5月16日，第198师在航空火力的支援下，顺利攻克马面关和桥头2个日军据点。灵活机动的战术，使远征军的指战员在高黎贡山中尝到了胜利的果实。
5月21日，第198师主力再次向北斋公房发起攻击，与日军形成对峙。日军为了保住北斋公房这个据点，陆续把第54师团的主力调来增援，第198师久攻未克。
日军缅甸方面军将军河边正三对中国远征军如此迅速地渡过怒江感到震惊。但是，这个日本将军把主要精力放在对付英、美盟军上，他甚至认为，失去滇西，也不等于失去缅甸。当时，驻印军围攻密支那的战斗正激烈，日军难以抽调更多的兵力向滇西增援。滇西日军司令部对中国远征军的反攻虽有所防范，但自恃拥兵5万之众，又有滇西复杂地形和坚固工事可以依托，满以为能够应付中国远征军1个集团军的进攻，因而也没有向日军缅甸方面军司令部求援。卫立煌分析强渡怒江成功后的战场态势，决定变更部署，指挥部队迅速转入全面反攻。
卫立煌把新的反攻战斗设想向蒋介石请示。
蒋介石忧虑重重，责问卫立煌：敌前变更部署，关系重大，谁负责？
“我愿意负责。”卫立煌坚定地回答。
蒋介石“嗯”了一声，放下了话筒。
卫立煌找到美军联络部的司令官窦恩，表明战机难得，要求盟军的轰炸机进行战略性轰炸，战斗机应全部出动，配合远征军反攻。
窦恩听完卫立煌的反攻方案，当即表示：一切照办。
于是，滇西反攻战拉开了更为激烈的一幕。
国民政府军事委员会于5月22日发出命令，要求中国远征军迅速攻占滇西的滕冲、龙陵等日军据点，与驻印军在缅北会师。为此，卫立煌命令第20集团军为右集团军，按照原定计划向滕内政击；第11集团军为左集团军，向龙陵攻击，并要求各部队加快进攻节奏。
6月9日，日军向马面关、桥头阵地进行反攻，突破了第198师的阵地。第54军得知这一信息，立即命令第36师主力向桥头的日军发起攻击，把日军击退。不久，另一支增援部队第11集团军第2军预备第二师也奉命赶到，使中国远征军的力量大增。
6月14日，中国远征军第198师、第36师、预备第2师密切配合，终于攻克了北斋公房这个日军据点。
在高黎贡山，中国远征军经过一个多月的苦战，至6月21日，北路第54军歼灭日军第56师团第148旅团1部，攻克茶房、马面关、北斋公房后，进占瓦甸。南路第53军击溃日军第48旅团一部，攻克大塘子、南斋公房、江直街后，直接威胁滇西战略要地滕冲。
至此，中国远征军2个集团军16万人，在卫立煌的指挥下，全部成功地渡过怒江天堑，在怒江西岸日军林立的据点中夺占了众多阵地，站稳了脚跟，挫敌锋芒，取得了滇西反攻作战的第一步胜利，完成了初期反攻任务，战绩震惊中外。
盟军高度评价中国远征军的渡江作战，他们认为，“中国军队强渡怒江出击，是东南亚过去一周内盟军作战的重要新闻”。美国《时代》杂志对远征军的抗战事迹进行专题评论，封面上刊登了卫立煌携军骑马的照片，醒目的标题是“常胜将军卫立煌”。
松山雄峙于怒江西岸，惠通桥以西的丛山中，滕冲与龙陵两大据点之间，东距惠通桥20多公里，西到龙陵50多公里，南为阴登山，北为黄土坡，中间为松山主峰，是日军在滇西的四大据点之一。松山周围山势绵亘，地形险峻，滇缅公路蜿蜒盘绕峡谷之中，被盟军喻为“东方的直布罗陀”。松山据点自身坚固，与龙陵、滕冲互为犄角。
日军第56师团第113旅团3000多人驻守松山，这些日本鬼子侵占松山两年多来，遍山修筑工事，设置明碉暗堡，堡垒分设三层，上层用作观察与射击，中层用作寝室或射击，下层用作掩体和存放弹药的仓库。日军还配置了水电设施，颇有一夫当关、万夫莫开之势，是滇缅会战中最难攻破的一个日军据点。松山不克，远征军无法夺取龙陵，滇缅公路就无法畅通。
卫立煌看到，松山这个据点分隔了远征军左右2个集团军之间的联系，只有夺取松山，才能扫除远征军继续西进的障碍。因此，卫立煌对松山攻坚战特别关心。
第20集团军第8军渡过怒江后，接替了新编第28师的作战任务。7月下旬，第8军在军长何绍周的指挥下，连续五次向松山发起攻击，攻克了松山的外围工事，但是，当部队攻至松山的核心工事附近时，受到日军的坚决阻击，远征军久攻不下。
远征军滇西反攻，第一块“骨头”就没有啃下来，蒋介石极为不满。蒋介石看到，滇西的日军据点不拔除，滇缅公路就难以畅通，中国军队的补给就更困难了。为此，蒋介石不顾滇西战场的情况，严厉命令第8军必须于9月上旬收复松山，一旦贻误战机，第8军军长、师长、团长都将受到军法处置。
卫立煌司令长官为夺取松山据点费尽心机，他亲自到第8军的指挥所，指挥将士们逼近日军，采用坑道作业和连续炮击相结合的战术，攻克了松山。
在围攻松山的重要时刻，第8军军长何绍周从马上跌下来，被迫送到昆明治疗。副军长李弥接替军长何绍周指挥。李弥是云南滕冲人，1925年秋考入黄埔军校第四期，毕业后先后担任军官教育团排长、第22军第2团营长、第59师第350团团长、第5师副师长等职务，率部参加第一次长沙会战和昆仑关会战。1940年5月升任第8军荣誉第1师师长。李弥同日军作战多年，对滇西的地形熟悉。
军令是严厉的，军令也能催人发奋。李弥总结两个多月来未能攻克松山的经验教训，提出先集中炮火近距离猛烈轰击日军的坚固工事，再请美国空军低空投弹相结合的办法，摧毁日军在松山山顶的坚固堡垒。
为了攻克松山这个日军的坚固堡垒，工兵营官兵有勇有谋，在阵阵炮声的掩护下，连续数天不停地在坚硬的山中进行挖壕作业，在松山顶峰日军的工事下挖出了两条地道，地道的尽头挖成一个大炸药室，把10吨梯恩梯炸药放到日军的据点下面。为了不被日军发觉，这个药室垂直向上距日军阵地约30米。
9月8日，离蒋介石规定的期间只有2天了。
突然，松山上响起了一声惊天动地的巨响，10吨烈性炸药成功地爆炸了，松山的山顶被炸翻了。驻守松山的日军第56师团第113旅团的官兵在不知不觉中，全部被歼灭了。打扫战场时，远征军官兵发现，据点里仅剩数十名日军重伤员和20多名军妓。
第8军主力围攻松山，血战64天，终于用古老而有效的办法，攻克了松山这座坚固的日军据点，从而使滇西反攻这盘棋更加活跃了。日军的广播电台哀叹：松山守军全部“玉碎”。中央社的电讯说：“今日上午4时，我军将松山敌阵最后数处坚固工事摧毁，顽强抵抗之敌军，至此全部与阵地同归于尽。”
这是中国远征军在滇西反攻中攻克的第一个日军的重要据点。在这场艰苦的持久反攻战中，远征军为攻克日军据点遭受重大伤亡，第8军伤亡达6000多人，其中第1师第3团伤亡就有3000多人，部队整编时，这个团仅存1连人。
战后，云南省政府在滇西的保山、昆明的圆通山上，建立了抗日阵亡将士纪念碑，以示昭念。
第8军军长何绍周伤好后，调任昆明警备司令部副总司令，在决定军长人选时，何应钦曾经建议由中央军校的一名军官担任军长。军政部长陈诚竭力向蒋介石推荐，李弥在松山战斗中战功卓著，应该升任军长。驻第8军的美国顾问组组长也竭力推荐李弥，蒋介石终于任命李弥为第8军军长。
滕冲，旧称滕越，位于滇西大盈江东岸，是三国时期被诸葛亮七擒七纵那位孟获酋长的都城，也是古时南方丝绸之路上的一个重要集镇。滕冲东接保山和下关，西面过大盈江后，进入缅甸的八莫和密支那，南面为大盈江的一条支流。滕冲四面都是山岭，城东是飞凤山，城南是来凤山，城西是宝凤山，城北是高梁山，这些山岭虎视全区，地势险要，控制了滕冲城区谷地及滇缅公路。滕冲是滇缅公路上的一个要冲。
滕冲的城垣，下面是巨石，上面为巨砖砌成，抗力大。日军侵占滕冲后，不仅把城区工事修得极为坚固，滕冲外围各据点也修筑了半永久性工事。在高黎贡山日军的四大据点中，滕冲的防御工事最为险要坚固。防守滕冲的日军主要是擅长丛林作战的第56师团第148旅团主力以及第18师团第114旅团一部，这些日军弹药储备充足，防守工事坚固。