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。