9月中旬，中国远征军围攻松山、腾冲的战斗都取得了全面胜利，左、右两翼主力部队相继汇聚龙陵。
9月18日，龙陵守备队长小室钟太郎因擅自后移防线遭斥责，愤而剖腹自杀。
尚在9月19日，宋希濂因谎报军情和拿不下龙陵而被免职，而在免职前5天前，即9月14日宋希濂还最后发布了51号电令,令所部对龙陵形成合围之势聚歼龙陵日军,。10月29日，第三次围攻龙陵的战斗打响，第11集团军指挥权移交新任司令官黄杰。
卫立煌令远征军炮兵和美国十四航空队地空火力支援国军，派第5军邱清泉的第200师与部分军部直属部队也前往龙陵参战，并归第11集团军指挥。200师到达龙陵后，黄杰令其负责切断缅滇公路上龙陵、芒市两地日军之间的联系。为达到第5军“扬威于国际”的目的，邱清泉亲自飞临前线观察敌情。为减轻军队兵力损伤，邱清泉建设采取“火烧背阴山，水淹龙陵城”的策略，以水火当兵。消息传出，龙陵日军未战先乱 。
10月19日，中国军队乘机发动第三次反攻。邱清泉亲自督战，先出奇兵迂回缅滇公路，断绝日军退路，将公路上的日军切成数段，使其首尾不能呼应。龙陵日军见归路被断，只好弃城逃跑 。陈明仁第2军则发动对龙芒公路日军主要据点的进攻，断日军退路和支援。
10月31日，远征军第71师、36师、87师和荣一师从不同方向发动对龙陵的进攻，但未打入城区，均还是在外围作战。双方在阵地上拼杀争夺，血流成河。阵地在日军和远征军手里转来转去，战场呈胶着状态。黄杰见国军打进龙陵城内困难异常，遂向卫立煌紧急求援。
11月1日，美军第十四航空队依令对龙陵日军进行七轮不间断地狂轰滥炸，日军终于溃退。
11月2日，龙陵这个至关重要的战略要塞陷落在即，日军残部从城区西南部撤走，方向正是我军计划的200师未能堵住的左侧通道。合围战打成了击溃战，日军残部得以逃脱。紧跟其后，黄杰派出第88师沿途追剿向芒市方向逃窜的残敌，连续攻克团坡、张金坡、南天门、放马桥一线的日军阵地，到了11月11日，龙陵全境光复。邱清泉挥师沿缅滇公路推进，一路上攻城拔寨，势如破竹，最终打通缅滇公路。攻占畹町周边要地，助第2军于11月20日收复畹町。之后第5军驻守昆明。
“三攻龙陵”战役，系整个滇西反攻战中规模最大、耗时最长的要塞争夺战。在长达4个多月的战斗中，中国远征军先后投入了11.5万人兵力，经过三次拉锯争夺，历经大小战斗数百次，共歼灭日军1万多人（除400余名残敌突围后溃逃芒市外，其余被全歼) ，而中国远征军为此付出的伤亡代价则为29803人。
龙陵克复后，日军赖以盘踞滇西的强固阵地均被扫除，日本侵略者被驱赶到了芒市一线的一马平川之地，自此再无险可守。
1945年1月，战线被节节推至境外。以国军新38师为前锋的中国驻印军在缅甸芒友与远征军会师取得了滇西缅北会战最后的胜利 。
松山战役从6月4日开始至9月7日结束，共95天。先后10个团2万人投入战斗。国军共伤亡7763人(其中阵亡4000人)，含失踪50人。毙杀日军超过1250人，敌我伤亡比1:6.2。战役中战死人数超过了负伤人数。
中国远征军71军新28师、第6军新39师117团，伤亡近1700人(其中阵亡855人，军官50人;负伤士兵736人，军官108人。失踪32人)。第8军伤亡6045人(阵亡3145人)。从6月4日至7月1日历时28天，攻占松山外围阴登山、腊孟街、竹子坡。毙伤日军596人。中国远征军总预备队新编第8军，伤亡6074人(其中阵亡3145人)。包括阵亡士兵3038人，军官107名;负伤士兵2741人，军官188人。总兵力15975人(含配属炮兵)，伤亡率38%，另有18人失踪。7月2日至9月7日历时68天，最终攻克松山。全歼日军拉孟守备队，约击毙日军1250人，俘虏28名(含慰安妇)。中日伤亡比4.86:1，接近5:1。
防守松山的日军部队，又称"拉勐守备队"，包括第56师团第113联队主力及师团直属野炮第56联队1个大队，配属辎重兵、卫生队和防疫给水部一部，常驻兵力3000人。松山地区指挥官，即为野炮兵第56联队第3大队队长金光惠次郎少佐以及当时守备队兵员，共约1340名，在本次战役中被全歼，仅有一人逃出，113联队不复存在。
松山战役在中国抗日战争史上，以战役级投入和牺牲，赢得了战略级的战争目标。战役的胜利，打破了滇西战役僵局，拉开了中国大反攻序幕。滇缅公路可以畅通无阻地运送大批部队和装备、物资及重炮兵源源通过了这个“东方直布罗陀”，向龙陵战场开去，形势立即逆转。松山战役的胜利，不仅大大增长抗日胜利的信心，还打破滇西战役僵局，拔下滇缅公路上最硬的钉子，为最终打通滇缅公路奠定了基础，拉开了中国大反攻序幕。
此次战役是中国抗日战场首次获得胜利的攻坚战、中国战略反攻阶段“转折点”之战，也是中国军队首次歼灭一个日军建制联队(团)的战役。日军在亚洲战场的第一个所谓“玉碎”战 。日本天皇亲授的联队军旗被毁，旗冠深埋地下，113联队不复存在，成为日军在中国战场上首次遗留上千具遗骨迄今无法收殓的败仗（亡灵无法回归靖国神社）。此次战役也成为山地丛林攻坚战的典范，因有雨季等因素，具有很高的军事学研究价值。
战后，在庆功宴上，何绍周专门找黄杰敬酒，他竖起大拇指说：“能和黄兄共事是个福分啊。兄弟以前年轻气盛不懂事，现在才理解。若国军将领都有黄兄这样气量，战斗力可增加一倍。”
黄杰淡然一笑默认。他也承认，松山战场上已将生死置之度外的何绍周也是个顶天立地的英雄。他曾在回忆录中描述了松山之战的惨烈：“在松山，没有一颗树上没钻有子弹，没有一片树叶没有弹孔。第八军在这里长眠着六千勇士，终于踏上了松山的山头。”
1945年4、5月份，已是世界反法西斯战争全面、彻底胜利的前夜。墨索里尼和希特勒均已完蛋，德国无条件投降。美军在冲绳岛登陆，日本本土的决战迫在眉捷。
中国共产党领导的敌后战场为实现"扩大解放区，缩小沦陷区"的战略任务，发动了强有力的“春季攻势”和“夏季攻势”，歼灭了日伪军大量有生力量，抗日烽火呈燎原之势。国民政府军事委员会，为保卫云、贵、川战略根据地和更能适应将来反攻作战的需要，将陆军总部所辖兵力进行了缩编，组建了4 个方面军和1个防守司令部。同时，由于中印公路打通，美援军械大量输入，国民政府军装备进一步改善。1945年2月中旬，军事委员提出为配合盟军在东南海岸登陆，"向桂、湘、粤转取攻势"，"攻宜山、柳州，与盟军会师西江"的作战计划。
此时，日本大本营也感到自己战力日减，战志消沉，已无力控制所占领的中国广大地面，提出缩短防线，集中兵力，以防中国反攻的计划。1945年5月初，侵华日军在大连召开高级将领军事会议，拟出新的计划，把日军从广西撤退的时间提前到5月下旬。驻广西的日军第11军根据方面军的撤退指示，对撤退时间作了具体安排。中国守军把握战机，乘势一举收复德胜、宜山并于6月30日收复柳州。复向桂林并进，克复雒容、中渡和黄冕，日军退守永福，凭险顽抗。7月24日，永福光复。在各路国军部队的总攻下，27日包括桂林在内的广西全境被全部收复。这次战役国军共击毙日军4000余人、击伤5000余人，但国军伤亡超过2万5千人。中国军队向前推进350余公里,先后收复了南宁、桂林、柳州等湘桂铁路沿线各城镇，取得了相当的胜利，这是正面战场日军投降前的最后一次大战役。
同期，中国军队在湖南西部地区抗击侵华日军进攻的作战。5月9日开始，国军第4方面军全面反攻，在空军有力支援下，将日军第116师分割包围于山门、洞口等地。第18军将增援的日军第47师阻于顺水桥一带。关根支队在撤退中屡遭第3方面军堵截和围攻，大部被歼。日军遭严重打击后突围东窜。中国军队分路追击，至6月7日，日军退回原阵地。湘西会战，中国军队选择决战地域适当，正面阻击、两翼包抄和分割包围战术奏效，杀伤日军3万余人。
日军失败已成定局。
1945年7月，英美苏三国召开了波茨坦会议，这次会议的主题是讨论和安排战后对日本的占领和远东国际秩序。在这次会议上，美国起草了波茨坦公告，敦促日本投降，英国同意，而在公开发表之前，又征得蒋委员长同意，最后由中美英三国共同发表。
但日本再次表示拒绝波茨坦公告的投降条件。这倒不是因为日本对战胜还抱有幻想，而是日本认为自己还有本钱和盟国讨价还价，争取得到一个更好的投降条件。也就是说，投降不投降不是问题，问题是日本在投降之后能够得到什么，日本不能接受的是像开罗宣言和波茨坦公告说的那样，完全无条件的投降，解散军队，由盟国主持对日本政治进行改造。
日本政府遂于7月29日公开宣布不接受波茨坦公告，拒绝投降。美苏此时已经做好了对日本作战的准备。先是8月6日，美国在日本本土投下了第一颗原子弹，原子弹的威力远远超出日本的预期，日本的信心就已经动摇了。8月8日，苏联已经做好了军事部署，对日本宣战。
9日，美国在日本投下第二课原子弹，苏军也在这一天兵分三路，出兵中国东北，很快就包围并歼灭了在东北的日本关东军。到8月14日，日本不得已接受了无条件投降，发出乞降照会。
日本投降对中国而言，当然是一次重大胜利，但围绕着远东国际秩序的斗争才刚刚开始。
日本宣布投降时，国军主力都集中在西南地区，来不及到东北去受降。美国在亚洲也没有陆军，所以苏联有把东北交给八路军的可能性。这自然是委员长最不愿意看到的结果。苏军占领东北之后，和委员长进行了谈判，同意将东北交给国民政府，而不是交给八路军。但在移交给国军之前的这个时期，对八路军来说，显然也是一个难得的机遇。
因此，八路军马上从华北晋察冀根据地、山东根据地分别抽调部队，开赴东北，抢占东北，仅冀东军区就派出兵力达10万之众。为了尽快到达目的地，各部队都是轻装前进，放弃了重武器，只携带轻武器，有些部队甚至连轻武器携带的都不多。国军这边当然也没闲着，委员长向美国请求帮助，美国同意以海军帮助委员长把国军从中国西南、经海路运往东北，进行接收和占领。这也是后来在东北据守的国军为什么主要是远征军和滇军的原因，因为当时距离集结地最近又能抽调出来的，主要就是这些部队。
苏军在出兵东北后，迅速包围歼灭了日本的70万关东军以及20万伪军，其中一部分俘虏被苏军强行运回苏联进行关押，之后又用于恢复生产时充当廉价劳动力。也是在这个过程中，伪满洲国皇帝溥仪也被苏军俘虏，送到了苏联控制下的旅顺战犯管理所。同时，苏联得到了外蒙继续维持独立的现状，并将其作为缓冲带，还获得了租借旅顺和大连港的权利。这就意味着，如果国民政府接收东北，苏联在东北仍然是有特殊利益存在的，而不会成为美国对付苏联的前沿阵地。
从委员长的角度来看，这个结果其实并不错，苏联的要价也不算太高，还是可以接受的。苏联之所以能够接受这样的条件，显然有一个重要的原因是美国并没有出兵中国大陆。如果美国真的出兵了，并且席卷北上，那么苏军在出兵东北、歼灭关东军和伪军之后，可能下一步进军的方向就不一定是朝鲜了，而是会在华北地区投入兵力，抢占地盘，充当势力范围，除非双方都能同意退兵。正因美军没有在中国登陆，所以苏军在消灭关东军后就马上转兵进攻朝鲜半岛和库页岛、千岛群岛，而没有进入华北地区。中国也就避免了出现德国那种分裂的局面。