早在抗战爆发前，中国军界一些有识之士就预料到抵抗日本入侵的战争是一场持久战。著名军事理论家蒋百里早在1922年就准确预测，日本必然发动侵华战争，中国应以持久战与之抗衡。根据中日两国军事实力与中国地形条件，他预言中日两军将在平汉、粤汉线以西僵持。抗战爆发后，国民政府经过最高统帅部的一系列军事会议后，在1938年11月南岳军事会议上，最终形成对日作战的战略方针，即“持久消耗战略”，具体的口号是“以空间换时间、以时间换空间”。它针对的是日本“速战速决”的战略方针。由于中国最高统帅部引诱日军由东向西轴向进攻的大战略实施成功，武汉会战后，抗战形势按中国统帅部之预先设想，进入僵持阶段。
在漫长的战略相持阶段里，正面战场上中国军队同日本侵略军进行了22次规模较大的会战。其中最主要有南昌会战、桂南会战、随枣会战、三次长沙会战、上高会战、中条山会战、中国远征军两次入缅之战、浙赣会战、常德会战、豫中会战、长衡会战、桂柳会战。这些会战中，中国军队除中条山会战遭到惨败，和昆仑关大捷等少数胜仗外，大多和日军战成平手。在大多数会战中，尽管中国军队武器装备十分落后，却表现出与侵略者血战到底的英勇气概，令国际社会肃然起敬。丘吉尔曾认为，在同日本作战的所有国家中，中国军队是最成功的，要不是中国军队把日军主力缠在中国，日本就会抽调15～20个师团开往埃及，与北非德、意军队会师，这将给英国以致命的打击。在莫斯科保卫战的紧急关头，从西伯利亚火速增援的部队击溃了德军中最凶狠、而且每战必胜、正向莫斯科后方迂回的德军第2装甲军团，斯大林敢于调动在远东与日本对峙的西伯利亚部队，正是因为包括关东军在内的日军31个师团已深深陷入中国战场而无法动弹。由于中国军队向西南撤退得较深，以及武器装备的落后，因此在短期内无法单独依靠自己的力量迫使日本投降，所以到1945年夏季，当德国已经崩溃，苏、美、英三国对日本形成泰山压顶之势时，中国正面战场的战略反攻才刚刚进入部署阶段，还不及展开，见大势已去的日本就迅速投降了。
除了正面战场外，中国军队还利用日军兵力有限，只能守住占领区内大、中城市和主要铁路、公路干线，无力控制广大乡村的难以克服的弱点，开辟了广大的敌后战场。其中，中国共产党领导的八路军、新四军、东江纵队等武装所建立的解放区战场是敌后主要战场。1937年“七七事变”后，根据国共两党第二次合作协议，经过二万五千里长征到达陕北的红军，改编为国民革命军第八路军，留在南方坚持游击战争的红军改编为新四军。根据中共中央的决定，八路军、新四军向敌后广大的山区、平原的农村进军，建立稳固的抗日根据地。在整个抗日战争的8年时间里，先后建立了华北地区的晋绥、晋察冀、晋冀豫、冀鲁豫、山东、河南抗日根据地；华中地区的淮南、淮北、皖江、苏北、苏中、苏浙、浙东、浙南、闽东、闽北、闽中、鄂豫皖湘赣抗日根据地；华南地区的东江、珠江、琼崖抗日根据地。
中国共产党领导的武装力量在行政体制上实行“三三制”，凝聚起各阶层抗日人士的力量；在经济上实行“减租减息”，减轻广大农民负担；在军事组织方面，根据所担任的作战任务性质的不同，建立了各级地方军事组织和准军事组织，来配合野战军的军事行动。所采取的战略方针基本以游击战为主，不放弃有利条件下的运动战。在这一战略方针指导下，共产党领导的抗日军队，创造出了各种各样战术上具有创新意义的战法。如林彪指挥的袭击日军后勤部队的“平型关大捷”、彭德怀指挥的大规模破袭敌后交通运输线的“百团大战”、被日军称之为“支那军第一流游击战术”的刘伯承指挥的神头岭伏击战、胶东的地雷战、冀中平原的地道战、白洋淀的水上游击战等等，在这种富有中国特色的反侵略战争的战略战术面前，拥有一切现代化武器装备和经过现代化军事训练的日军，感到无可适从和莫可奈何。
敌后抗日根据地作战的经典战例是发生在冀中平原上的米家务地道战。米家务是由好几个村庄组成的大村落，村内房连房、街连街，几个村子地下连成一体，地道里有电话通讯网络，地面上有一套战斗设施。村边、村内，前后左右，上上下下，都构筑了与地道相通的暗火力点。整个村庄实际上就是一个由屋上、地面、地道三者构成连环火力体系的战斗堡垒，被人们称之为“天地阴三通战术”。在一次日伪军大扫荡中，米家务周围的村庄已全被占领，日军伊斗武雄大队和伪军第18团包围了米家务的东大村，守军只有八路军几十个官兵和少数地方民兵，仅为入侵者的十分之一。日伪军在村边遭到隐蔽的暗火力射击，死伤了一批，却没发现对方一个人、一个火力点。于是用大炮往村里猛轰了半小时，日伪军以为守军已被炮火消灭，便涌进村内，但立即遭到地雷、手榴弹、步枪子弹四面八方的打击。在付出伤亡100多人的代价后，日伪军才占领一座地面上连一个人影也没有的空村。这时，八路军指挥米家务西大村的民兵出击，日军留下伪军第18团，被引诱直奔西大村。是夜，伪军第18团生怕遭袭击，全部聚集在一个大染坊院里过夜。半夜时分，埋在染坊的地雷和炸药分批爆炸，从外线赶来的八路军警卫连、地方武装县大队和民兵以及老百姓一起冲进染坊院，全歼伪军第18团。夜宿西大村的日军大队虽近在咫尺，却不敢前去营救，第二天早上放了把火，早饭也没吃就逃走了。
中国共产党建立的敌后抗日根据地和独特的人民战争的样式，在军事艺术上是个创举，用坦克、飞机、大炮武装起来的日本侵略者，真正地陷入人民战争的汪洋大海而一筹莫展，为后来世界上弱小国家和民族的反侵略战争树立了光辉榜样，并提供了宝贵的经验。敌后战场的开辟，大量地牵制了日军，到抗战接近尾声时，中共领导的敌后解放区战场抗击着64％的侵华日军和95％的伪军，从而有力地支援了正面战场的作战。
由于中共领导的部队处于敌后战场，所以当战争快结束时，解放区的部队处于反攻的最前线，从全国的战争形势来看，敌后解放区战场首先开始了局部的反攻。晋绥根据地的部队从1944年开始，经过一年的作战，共收复日伪军据点95个，解放同胞37万，光复土地9.7万平方公里。山东根据地的部队在1944年春，向日伪军连续发起5次进攻，揭开了反攻序幕。华中根据地的新四军各部也在敌后攻城略地，收复了许多沦陷区。1945年春，中共领导下的各解放区部队纷纷展开春季攻势。是年夏季，德国已投降，英、美、苏迅速将战争重点转向远东战场，根据《雅尔塔协定》，苏军于8月8日对日宣战，第二天兵分三路向中国东北境内的日本关东军进攻。美国也在8月5日、9日向日本的广岛、长崎各扔了一颗原子弹，日本行将崩溃。1945年8月6日和7日，中共延安总部发布7道大反攻指令，各解放区部队遵令向日伪军盘踞的地区发动猛烈攻势，在8月14日日本宣布无条件投降的前后时间里，在敌后收复了大片国土。
1943年春，日军从瓜达尔卡纳尔撤退后，收缩兵力企图长期固守所罗门群岛和新几内亚的防线，对此，美国参谋长联席会议决定：1.对日本继续进行封锁，特别是石油方面；2.对日本大城市进行持续轰炸；3.一旦时机成熟，就进攻日本本土。由于英国和中国都处于守势，无法加入上述战略行动，所以，美国只好在加拿大、新西兰、澳大利亚的部队帮助下，以海陆空三军从北、中、南太平洋三个方向，向日军太平洋防线发动攻势，并以潜艇袭击日本海军和商船。具体作战分工是：麦克阿瑟的西南太平洋盟军部队分两路进攻，一路沿所罗门群岛北上，一路从新几内亚西进。
1943年3月初，日军8艘运输舰满载6900人，在俾斯麦海的达姆波尔海峡，被美国空军炸沉7艘，半数以上的人员葬身大海，日军大本营为之震动。随后日军调动空军于几内亚方面，日本联合舰队司令山本五十六亲自从加罗林群岛赶到腊包尔督战。4月18日，日军无线电密码被美军破译，山本五十六的座机在从腊包尔飞往布因途中，被瓜达尔卡纳尔岛上亨德森机场起飞的美军远程战斗机击落，山本当场毙命。几天后，古贺峰一继任联合舰队司令。
8月中旬，美军哈西尔指挥的第3舰队采用“跳岛战术”，绕过有1万日军固守的所罗门群岛中部的科洛姆班加腊岛，攻占其侧后较薄弱的维拉－拉维拉岛，以海空优势封锁日本守军的供给线，对被孤立之敌并不加以攻击，而是让他们在饥饿和疾病中挣扎，任其“自生自灭”，而美军既省兵力，又省时间，最为经济。哈西尔的新战术的确击中日军的要害，固守前沿岛屿的日军坚守则不可能，放弃则门户洞开，求战则不得，从而陷入绝境。马歇尔和美国参谋长联席会议决定采取“跳岛战术”，以对付日军在太平洋准备逐岛抵抗的战术，并且决定运用这一战术，对付日军太平洋防御中枢腊包尔的日军主力，先切断日军海上运输线，然后使其“困毙”。
11月1日，麦克阿瑟的三个师在所罗门群岛北部的布干维尔岛登陆，到12月中旬，盟军在海战和空战中连连获胜，在该岛已建起两个机场。12月26日，美海军陆战队两个师，在新不列颠岛西部的格洛斯特角登陆。这样，腊包尔和新爱尔兰岛上的11.5万人的日军，被彻底孤立起来。
美军在所罗门群岛顺利北进时，麦克阿瑟指挥的澳大利亚部队，9月间在新几内亚也节节胜利。1944年3月12日，美国参谋长联席会议发出指令，要求美军西南太平洋部队和中太平洋部队，分两路向菲律宾挺进。1944年4月22日，麦克阿瑟的地面部队5万人，在空军持续轰炸的掩护下，分三路在荷兰底亚同时登陆，全歼日本守军1万多人。尽管日军在所罗门群岛和新几内亚一带投入海军10万人和6000多架飞机、陆军27万人和2000架飞机，但仍以惨败告终。7月1日，麦克阿瑟的部队在新几内亚岛最西端的鸟头半岛登陆，扫荡日军残余。
1943年8月中旬，尼米兹海军上将指挥美国中太平洋部队，收复了阿留申群岛中的阿图岛和基斯卡岛，它们是1942年中途岛海战中被日军占领的。尼米兹和麦克阿瑟分别在中、西南太平洋的行动促使日本重新规划在太平洋的战略。1943年9月30日，日本大本营和政府举行的御前会议决定：在1944年，做好应付英美进攻的战略部署，随时捕捉、摧毁英美的反攻力量，在太平洋和印度洋上，绝对确保千岛群岛、小笠原群岛、内南洋群岛、西部几内亚、巽他群岛、缅甸所形成的防御圈，并确保该防御圈内的海上交通。美国联合战略调查委员会对此提出：打败日本的关键在于通过中央太平洋全面作战，南北两翼进行支援。
1943年11月13日，尼米兹中太平洋部队的主力第5舰队向吉尔伯特群岛出击，经10多天激战，美军以巨大代价拿下该群岛，拔除了日军向斐济进攻的前进基地，同时在马金和塔拉瓦岛上建立了前进机场。1944年2月1日，尼米兹的部队开始进攻马绍尔群岛。在强大的航空母舰编队支援下，美军舰基飞机首先击败日本海空军，夺取了制空权和制海权，然后进行登陆作战，于2月23日，完全占领马绍尔群岛。与此同时，开始袭击加罗林群岛首府特鲁克。
尼米兹频频得手，迫使日军大本营抽调陆海空兵力向中太平洋方面增援，并成立中太平洋舰队，由南云忠一指挥，作战时隶属联合舰队，另外还成立了小泽治三郎指挥的第一机动舰队。在调兵遣将之际，古贺峰一因飞机失事身亡，丰田副武继任日本联合舰队司令。日军在加罗林群岛西部、马里亚纳群岛一带摆开了决战架势。1944年3月底，美国第58航空突击队轰炸了日本联合舰队基地贝劳群岛，几乎摧毁了地面所有飞机。6月6日，也就是盟军在诺曼底登陆这天，尼米兹以斯普鲁恩斯第5舰队和米切尔第58航母突击舰队为先导（15艘航空母舰和956架飞机），以535艘舰艇组成的庞大舰队随后跟进，满载12.7万人的地面作战部队向马里亚纳群岛进发。
6月15日，美军开始进攻马里亚纳群岛中日军重要基地塞班岛和提尼安岛。战至19日，日军小泽治三郎指挥的以9艘航空母舰为核心的第1机动舰队，到达塞班岛西面海域，日本联合舰队司令丰田副武向全体官兵发出训示：“皇国兴亡，在此一举，全体官兵奋勇努力！”——这是39年前，日本联合舰队司令东乡平八郎在对马海战中向俄国舰队进攻时，发出的攻击令，现在丰田又用这句话来勉励部下。这时，美军第58航母舰队已完成部署，以5个环形阵势，准备迎击。一场对太平洋战争结局产生深远影响的“菲律宾海海战”（亦称“马里亚纳海战”）终于爆发。
美军第58航母舰队的飞机，在清晨首先摧毁了东南120多公里的关岛日军机场设施和飞机，使其无法使用，然后等待日本舰队进攻。6月19日上午10时，美军发现了小泽派出的69架飞机组成的第一攻击波，米切尔出动450多架战斗机前往截击，日机被击落42架。接着，日机出动第二攻击波共128架飞机，又遭美军舰载机拦截，被打掉97架。日军第三次攻击出动47架飞机，结果损失7架。小泽最后一次放出82架飞机，但损失更为惨重，被击毁71架，美军士兵戏称这次空战是“猎取马里亚纳火鸡”。当空战正酣时，2艘美国潜艇悄悄穿过日本舰队的间隙，施放鱼雷，将日本航空母舰“翔鹤号”和“大风号”击沉。在第二天的追击中，美军飞机又击沉日军“飞鹰号”航空母舰。
日军在菲律宾海海战中遭到惨败，参战的360架飞机只剩下25架，美军损失飞机80架。日军失败的原因是飞机的性能、数量以及飞行员的素质都不如美国。在中途岛会战中，日本第一流的飞行员大都阵亡，新招募的飞行员因石油禁运造成的汽油短缺，飞行训练时间受到严重限制，因而操纵技术和作战技能远不如美军飞行员。
小泽舰队败退后，尼米兹集中兵力，于7月7日攻克塞班岛，日本中太平洋舰队司令南云忠一和第41师团长斋藤义次自杀身亡。7月31日，美军占领提尼安岛。8月8日，美军收复关岛，但被占几个岛屿上的残余日军顽强抵抗，持续了一年之久。这样，美军经过血战后，终于突破被视做日本屏障和所谓太平洋“防波堤”的马里亚纳群岛防线，突入日本的“绝对保卫圈”内，切断了日本同加罗林群岛的联系。同时美国获得新的海空军前进基地，海军可以袭击日本同南洋各地的运输线，远程轰炸机B-29可以直接空袭日本本土。日本朝野被美军在菲律宾海和攻占塞班岛的胜利所震惊，7月18日，东条英机内阁倒台，东条本人被列入陆军“预备役”。7月22日，朝鲜总督小矶国昭正式组阁，声称将战争进行到底。
美国在马里亚纳群岛取得大胜后，已在太平洋战场上获得完全的主动权，并拥有绝对的海空优势，可以任意选择进攻目标了。这时麦克阿瑟和尼米兹在下一步行动方向上出现分歧，前者要夺取菲律宾，后者主张夺取菲律宾棉兰老岛的空军基地后，进而攻占台湾和中国沿海地区，然后直接进攻日本。尼米兹方案的要点是置日本海外的重兵于不顾，先端其老巢，实际上是“跳岛战术”在战略上的运用。他认为这种先砍掉蛇头的作战方式会减少损失，缩短战争时间。但是最后罗斯福总统从长远的外交政治考虑，还是同意了麦克阿瑟的方案。
1944年9月中旬，重新编组后的美国中太平洋和西南太平洋部队，在尼米兹和麦克阿瑟指挥下协同作战，开始了向菲律宾的进军。9月15日，麦克阿瑟再次运用“跳岛战术”，越过日军重兵把守的哈马黑拉岛，一举攻占莫罗泰岛，但攻占佩列流岛时，美军损失惨重。此刻，为配合进攻菲律宾，美军在太平洋上和中国境内的空军基地的飞机和舰基飞机对日本在菲律宾、中国沿海、台湾、琉球群岛的海空军基地实施广泛的轰炸，日军被炸毁1200多架飞机。10月17日，在金凯德的第7舰队海空支援下，麦克阿瑟率700艘舰只组成的登陆大军，在莱特湾登陆。时隔两年半之后，麦克阿瑟终于以胜利者的身份，重新回到了当年落荒而逃的故地。
日本联合舰队司令丰田副武早就决定，一旦美国进攻菲律宾，立即进行决战。因为日本一旦失去菲律宾，日本同荷属东印度之间的生命线将被切断，断绝了石油来源，日本也无法进行长期战争。丰田在美军莱特湾登陆当天，命令日本机动舰队分四路向莱特湾前进。驻新加坡的栗田武雄第1突击舰队、驻琉球群岛的清英志摩第2突击舰队、停泊在日本濑户内海的小泽治三郎主力舰队和另一支在新加坡的西村章二舰队接到命令后纷纷离开锚地，或南下、或北上，向莱特湾聚拢过来，准备和实力雄厚的美国第3舰队、第7舰队进行决战。
1944年10月23日至26日，爆发了“二战”以来规模最大的莱特湾海战，它由四次海战组成。10月24日，日军中央编队的栗田舰队，在没有空中掩护的情况下，仍强行横渡锡布延海，向圣贝纳迪诺海峡方向突破，在行进中，遭到哈尔西指挥的美军第3舰队的重创，日本超级战列舰“武藏号”被击沉。同一天里，日军北部编队的小泽舰队在吕宋岛东北的英加诺角，与美军发生空战，日军76架飞机只逃回20架。美护航航母“普林斯盾号”被击沉。小泽的任务是引诱哈尔西的第3舰队离开莱特湾北上，好让栗田、西村、志摩舰队打击莱特湾登陆的美军。哈尔西果然被吸引北上。10月25日，强行突进的西村舰队和紧随其后的志摩舰队在苏里高海峡遭到金凯德指挥的美军第7舰队的伏击，苏里高海峡之战的结果是西村舰队几乎全军覆没，志摩舰队见势不妙，赶紧撤退。同一天里，哈尔西的部队在英加诺角附近海域追上小泽舰队，双方展开激战。英加诺角之战使日军遭到惨重损失，小泽舰队中的1艘重型航母“瑞鹤号”和3艘轻型航母“千岁号”、“千代田号”、“瑞凤号”全部沉没。小泽舰队虽以重大代价完成了诱敌任务，但日军南部编队和中央编队并没有达成进攻莱特湾登陆美军的任务。就在小泽苦战时，栗田舰队正沿萨马岛海岸向莱特湾前进，日军很快同美军第7舰队中担任掩护的斯普拉格大队发生激战，在这场萨马岛海战中，尽管日军占据优势，但在混战中，栗田判断失误，下令撤出战斗，从而放弃到手的胜利。斯普拉格大队既掩护了登陆部队，又避免了自己的失败，还迫使日舰队撤出战场，在美国海军史上留下了光辉的一页。
日军在莱特湾海战中，没有达成歼灭盟军登陆运输部队的主要作战目标，损失战斗舰只30.6万吨，其中包括战列舰3艘、航空母舰4艘、轻、重巡洋舰10艘、驱逐舰9艘。美国方面仅损失3.7万吨，其中1艘轻型航空母舰、2艘护卫航空母舰、2艘驱逐舰、1艘护卫舰。无论从损失和作战目标而论，美军取得了巨大的胜利，如果美军各舰队之间能够及时交换情报，协同作战，日本舰队很可能全军覆没。
日本舰队战败后，分别退出战场逃回锚地，但驻守菲律宾的山下奉文第14方面军27万部队，准备在莱特岛、吕宋岛进行陆上决战。1945年1月1日，美军地面部队经两个月苦战，以15000人的伤亡，攻下莱特岛。日军伤亡7万人，残部退往吕宋岛。山下奉文将守军分成三个部分，14万人部署在北部，防止盟军从仁牙因湾登陆；3万人守卫中部的克拉克机场；11万人防守南吕宋。1945年1月9日，克拉克指挥美军第6集团军的4个师在仁牙因湾登陆，苦战20多日，于31日占领克拉克机场和要塞设施。又经过一个月的激战，美军肃清首都马尼拉的敌军，日军退往东部山区，继续顽抗，直到1945年9月上旬才全部投降。在攻打菲律宾北部的同时，美国第8集团军继续扫荡吕宋岛以南诸岛的日军残余。澳大利亚第1集团军则负责肃清新几内亚、新不列颠和布干维尔等被鼓励在太平洋上的残余日军，并负责夺回马来西亚油田丰富的婆罗洲（现名加里曼丹）岛。
在菲律宾之战中，日本第26航空队司令有马正义在战斗中，亲自驾驶一架载有鱼雷的攻击机向美国军舰撞去。于是，日军中出现了专门进行这种自杀性攻击的所谓“神风特攻机队”，给美国军舰造成极大损失。到“神风特攻机队”彻底覆没为止，共炸沉美国军舰17艘、重伤20艘、轻伤30艘。但尽管日军如此亡命，也无法挽回颓势。
1942年1月1日，中、美、英、苏等26国签署联合国宣言，宣布共同对轴心国作战。1月2日，蒋介石就任同盟国中国战区（包括中、越、泰）最高统帅，3月8日，美国史迪威将军被任命为中国战区参谋长。1941年底，日军为切断中国战时唯一的国际通道滇缅公路，并进一步争夺英国在东南亚的地盘，开始向缅甸进攻。2月16日，仰光告急，英国一反先前出尔反尔的态度，要求中国军队迅速入缅。由杜聿明率领的中国远征军第5、第6、第66三个军奉中国最高统帅部之命，进入缅甸作战。
3月2日，中国远征军戴安澜第200师在皮尤河给日军以首次打击。接着，在12天的同古包围战中，重创日军第55师团。中国统帅部由于对日军投入缅甸的兵力情况不明，不知日军第18师团和第56师团迅速投入战场，错把日军3个师团当1个师团来打，反使最先到达战场的戴安澜师陷于同4倍于己之敌的苦战中，面临全军覆没的危险，杜聿明违抗史迪威的指令毅然下令撤出战斗。4月中旬发生了一个插曲。突破英军防线的日军，沿伊洛瓦底江北上，到达英军后方，将英缅军第1师7000人包围在仁安羌以北地区。英缅军总司令亚历山大向蒋介石求救，4月19日，中国远征军孙立人第38师所部突袭仁安羌，击溃日军，救出被围英军7000人和被俘英军、传教士、新闻记者500人，将已成日军战利品的100多辆汽车、1000多匹战马，交还英军。
尽管仁安羌之战给中国军队带来了世界性的荣誉，但丝毫没有改变中国远征军极其糟糕的战场形势。4月1日，罗卓英任远征军司令长官，开始实施在平满纳一带决战的既定计划。但同古会战后，中国远征军正面节节抵抗后撤，却对日军第56师团向其后方迂回的情况一无所知。4月22日以后，日军第56师团在得到第15军军直属重炮部队、坦克部队、汽车部队加强配属后，在中国远征军左翼突然启动，突破东线第6军所属陈勉吾的暂编第55师的薄弱防线。由50多辆坦克、400辆卡车组成的15000～20000名日军在日军第5航空师团空中支援下，突破左翼薄弱防御向中国远征军后方突进，直扑腊戌后方，席卷整个远征军战线，促成中国远征军正面的全线崩溃。中国方面先前企图在正面组织的平满纳会战和后来的曼德勒会战计划完全被打乱。而在4月19日，日军尚未突破左翼进行穿透前，史迪威和罗卓英拒绝远征军副司令长官杜聿明将作战重心迅速移往左翼、在和邦阻击日军56师团确保后方无虞的正确建议，反而根据英方提供的错误情报，严令杜聿明调兵右翼，来了个南辕北辙，由此造成远征军的崩溃变得不可避免。日军长途奔袭，于4月29日攻占中国远征军后方基地——缅北重镇腊戌，滇缅公路被切断。这时，英军置集结起来准备参加曼德勒会战的中国远征军第5军三个师于不顾，仓皇放弃曼德勒，中国军队被迫退守密支那，数万中国军队被困在缅北狭窄地带。5月，日军乘势侵入中国云南边境，中国远征军被迫全面撤退，第5军之一部退往印度境内，沿途进入“野人山”，历尽磨难，损失惨重。远征军第6军、第66军也退入云南境内，于日军在怒江对峙。
中国远征军没有达成入缅作战任务，人数由出征时的10万人减为4万人。失败的原因是多方面的。当时德国的隆美尔非洲军团逼近埃及，英国人集中全力挽救北非的败局，无心在缅甸同日军认真作战，请求中国军队入缅是为了掩护印度境内的防卫部署，所以一遇危机，便不顾中国军队的安危，拔腿就溜。此外，一个最为重要的因素是中国远征军没有制空权，德国名将隆美尔曾感慨道：在现代战争中，即使双方地面上都是机械化部队，没有制空权的一方也还是像原始部落的军队遇到了欧洲近代化军队的情形一样。原定入缅作战时，美军第10航空队归中国远征军使用，但在1942年5月，北非英军加查拉防线崩溃，在英国的压力下，美国第10航空队调往埃及，使中国远征军在缅作战失去了空军保护。中国远征军第一次入缅作战没有达成既定目标在客观上具有不可抗拒性。英军在北非战场所获得的绝对制空权则是以放弃缅甸战场的制空权换取的，并以中国远征军悲壮的失败为代价。制空权的彻底丧失也就导致某些将领缺乏胜利的信念，进而造成消极避战，甚至严重失职。史迪威作为最高指挥官，缺乏全局周密考虑和战场应变能力，4月19日，他和罗卓英拒绝中国远征军副司令长官杜聿明的正确判断和建议，直接导致了中国远征军的惨败。
20多年后，杜聿明在回忆录中不无苛求自己地后悔说：“我的最大责任是一九四二年四月十九日未与史迪威、罗卓英彻底闹翻，未能独断专行，下令第五军全部向棠吉（东枝）集中。”
1943年春天，退入印度的中国远征军新22师和新38师编为新1军，接受美式训练，同时成立中国驻印军总指挥部，郑洞国任军长。1943年8月，美英政府首脑在魁北克会议上，决定向缅甸北部反攻，作战部队以中国驻印军和从云南出发的中国远征军为主。英、印、美部队为辅。到1944年4月，先后又有三个师的征服部队空运至印度，接受美国教官训练或装备，随后，驻印军又扩编为新1军和新6军。
1943年10月10日，在史迪威指挥下，中国驻印军新38、新22、新30师开始向盘踞在胡康河谷的日军第18师团进攻。1944年3月初，美军一个团级规模的突击队加入作战序列。3月底，经半年激战，中美联军已向南前进了150多公里，肃清了胡康河谷中的残敌，打开了孟拱河谷的大门。从5月中旬到8月上旬，经过反复较量和拉锯，中美联军终于攻克北缅军事重镇密支那。
盟军在密支那的胜利使史迪威声望提高，史迪威乘机要夺蒋介石的军队指挥权，建议罗斯福总统出面要求国民政府任命他指挥中国所有的武装部队。这样，积怨已久的史迪威和蒋介石之间的矛盾进一步激化，经蒋介石的坚决要求，美国政府调回史迪威，派出魏德曼继任中国战区参谋长兼驻华美军司令，缅印战区美军司令由萨尔坦担任，并兼中国驻印军总指挥。
10月下旬，中国驻印军新1军、新6军，英军第36师，印军第3师和美军突击队、后勤部队、空军部队联合行动，向盘踞八莫的日军进击。12月15日，同盟军攻下该城。1945年1月27日，中国新1军在攻下南坎后，同从云南出击的卫立煌指挥的中国远征军，在芒友会师。尔后，新1军继续南下，策应英、印军攻打曼德勒。1945年3月，中国驻印军在取得了缅北反攻的辉煌战果后，奉召回国。缅北作战的胜利，除了中国军队固有的顽强精神和百折不挠的战斗作风外，美国的空军起了不可缺少的作用，从胡康河谷到密支那的作战，盟军拥有整个战场的制空权，地面部队的食物、装备和弹药几乎完全依赖空中供应。
1944年5月11日、12日，卫立煌指挥的中国远征军第20集团军开始强渡怒江，以腾冲为目标，向西岸日军第56师团展开攻击。6月1日，第11集团军也陆续渡江进攻，向盘踞在芒市（今名潞西）、龙陵的日军发起进攻。在美国空军的有力支援下，中国远征军于9月14日攻下腾冲，11月3日攻克龙陵，20日收复芒市，1945年1月20日解放畹町，不久与中国驻印军会师芒友。中国驻印军和远征军在缅北、中缅边境作战中，在友军协助下，歼灭了日军第18师团和56师团的大部，还击溃了另外两个师团的一部，有力地支援了盟军在东南亚地区的作战。
1944年1月7日，为呼应日军在中国境内打通交通线的作战，日军大本营批准了进攻英军在印度的重要军事基地英帕尔的计划。到了2月，日军缅甸方面军司令官河边正三下辖3个军：第28军第54、55、2师团防守孟加拉湾和仰光一带海岸；工程部第30军第18、53、56师团对付北缅的中国驻印军和中国远征军；第15军第15、31、33师团担任进攻英帕尔的任务。日本还与同设在仰光的“印度临时政府”达成协议，利用所谓“印度国民军”第1师共同进攻英军。
1944年3月8日，牟田口廉指挥的日军第15军开始向印度进军，日军将赌注押在奇袭上，只准备了20天的弹药和粮食储备，企图冒险取胜。起初，日军进展较为顺利，在4月中旬，对英帕尔形成包围态势。与之对抗的英军第14集团军司令斯利姆将军迅速调兵遣将，进行增援。5月初，日军向英帕尔发动总攻，激战40天，日军第33师团伤亡70％以上，仍然毫无进展。由于粮弹补给用尽，日军在坚城之下陷于困境。盟军运用制空权的优势，切断了科希马－英帕尔公路，使日军第15军三个师团失去联络，各自为战。这时恰逢雨季来临，江河泛滥，交通阻塞。日军粮弹匮乏，瘟疫流行，部队成千成千地死去。7月7日，日军第15军撤回进攻出发地，历时4个月的英帕尔会战就此结束。日军第15军10万大军只有5万人生还，半数以上是病号，损失武器辎重无数。
日军在英帕尔惨败后，迅速向缅甸中部撤退，英军斯利姆的第14集团军迅速跟踪而来，抢占了钦敦江东岸的桥头堡，为日后出击创造了有利条件。新任日本缅甸方面军司令木村兵太郎还有10个师团，两个独立旅团，一个坦克联队和10万人的后勤部队，但能担任机动作战的只有5、6个不满员的师团。1944年12月3日，经过了一个秋季修整，盟军越过钦敦江开始进攻。当斯利姆发现木村不打算在瑞波平原决战时，便把打击重点转到敏铁拉附近的日军第15、第33军的补给基地。1945年1月中旬，斯利姆的部队渡过伊洛瓦底江，佯装进攻曼德勒，木村调动重兵前往增援，梅塞维第4军于2月中旬乘机猛攻敏铁拉，经过20多天血战，盟军于3月5日攻克敏铁拉。木村感到形势严重，重新调整态势，以两个师团向敏铁拉反扑。3月下旬，双方在敏铁拉附近再一次展开激战。4月5日，盟军南北夹击，日军大败，退入曼德勒－仰光以东的山中。
当日军向敏铁拉反扑时，斯利姆调动其所有能使用的兵力，于3月21日攻下曼德勒。1945年3月27日，在昂山将军领导下，缅甸国民军和各地游击队发动总起义，5月1日，仰光解放。日军东南亚战场彻底战败，开始向缅甸附近国家溃逃。盟军在东南亚的胜利，主要是人力、物力、武器装备、后期保障、制空权方面占有绝对优势。日军虽然训练有素，战斗意志死硬、负隅顽抗，但在缺乏精良武器、制空权和后勤保障的情况下，仍一败涂地。