尽快攻占密支那、开通对华交通路线，一直是中国驻印军进攻缅甸的战略目标。4月上旬，史迪威即决定奇袭密支那，但由于蒙巴顿反对攻占密支那，因而史迪威对英军保密。

中美混合突击支队（以下简称“中美突击队”或“中美联军”）于1944年4月29日自太克里出发，原定于1944年5月12日到达密支那占领机场，因途中在沙劳卡阳、雷班、丁克高路等处与日军第114联队的第2大队相遇，经激战方将其击溃，行军进程因此延缓。5月16日夜，第2纵队进抵密支那西郊南圭河后，即以美军第1营控制巴马地渡口，切断密支那通往孟拱的公路，于17日凌晨袭占西机场，守护机场的日军向火车站退去。第150团确实控制机场及其周围要点，并清理了飞行跑道，竖起风幡，即电告史迪威机场已可空降。已在各地机场整装待发的新30师第89团、第14团及炮兵、工兵各部队，自当日下午3时起，陆续空运到密支那。

18日上午，史迪威偕梅里尔飞至密支那视察部队，仍由梅里尔指挥密支那的作战（1944年4月29日中美突击队由太克里出发时，梅里尔突发心脏病被送往莱多美军第20医院救治，其指挥职务由亨特上校代理）。此时，纵队也到达了密支那北郊遮巴德附近。在此之前，第3纵队已进至北机场附近和锡塔普尔，切断了密支那与瓦扎间的交通，因遭到日军的突袭，第3纵队一度陷于混乱，经整顿后，移向遮巴德与第1纵队会合。

日军得知中美突击队袭占西机场、控制了跑马地，并袭占了锡塔普尔后，即以第1中队突袭锡塔普尔的第3纵队，夺回该地，恢复与瓦扎第2大队的联系。日军虽然兵力单薄，却占有地形优势，且在密支那已经营防御两年之久。第18师团官兵又多系日本九州矿工，素善挖掘坑道工事，其防御设备不但坚固隐蔽、交通联络方便（坑道相连、交通壕纵横互通），而且火网编成严密，隐秘的侧防火力急袭点遍布各处。但是日军第18师团在胡冈、孟拱的惨败以及第15军对英帕尔的进攻失利，也使其士气大受影响。

此次中美突击队对密支那的奇袭，使日军颇感震惊。迄5月18日夜，到达密支那的中美突击队有第5307团3个营和英军别动队第6队，新30师第88、第89两个团以及第50师第150团，共计4个步兵团、1个山炮连（7.5厘米山炮4门）、1个重迫击炮连（10.5厘米炮8门），无论在士气上还是在兵力和火力上，对密支那的日军都具有压倒的优势。

但是梅里尔求胜心切，且被初战小胜所迷惑，滋生了轻敌心理，又过于自负，未能采纳中、美指挥官的合理建议。他对经历了20天长途艰苦行军和战斗已十分疲惫的中美突击队没有进行必要的调整，仍保持原来的行军编组，让第1、第3两个纵队分散在距西机场约9公里之遥的遮巴德附近，使中美突击队由于兵力分散而优势大减，更没有进行详细的敌情、地形的侦察和作好攻坚战的准备；尤其是没有采取有力措施，切实切断日军的增援、补给路线，以致日军第114联队第2、第3两个大队得以从瓦扎和孟拱河谷战场先后进入密支那增援，也使第56师团步兵团团长水上源藏所率领的增援部队第113联队1个大队、野炮兵1个中队及工兵第56联队主力等，得以于5月30日顺利地自密支那附近的宛貌（韦茂）渡过伊洛瓦底江，进入密支那，从而使密支那日军的兵力猛增2倍多，达到3600余人；加之中美突击队虽有强大的空中支援，却缺乏紧密的陆、空联络和协调行动，地面炮火也不充分，步、炮之间也不够协调，终于导致密支那的奇袭战演变成为旷日持久、屡攻不克、伤亡惨重的攻坚战，完全失去了奇袭作战的意义，没有收到预期的效果。

梅里尔于18日晨令第1、第3纵队对北机场和锡塔普尔进攻。虽占领了北机场，却因在瓦扎的日军第114联队第2大队来袭，激战竟日，卒被日军突破了战线，进入密支那市区，并在战斗中迫使第1、第3纵队退守遮巴德一带，北机场得而复失。密支那北部中美突击队的进攻首次受挫，日军便乘机利用铁路向孟拱开出了满载军需物资的最后一列火车。

与此同时，梅里尔令刚刚到达的第89团第2、第3营在西机场西南至跑马地一带构筑工事，以该团第1营守备机场；令第150团以1个营从新卡坡向东攻夺八角亭，以第2、第3营向火车修理厂方向市区进攻。19日夜，该团击溃火车修理厂的日军后，一举攻占了火车站；但因地形不熟、疏于戒备，忙于接收战利品，又未乘胜追歼残敌、扩张战果，在遭日军约100多人反击时酿成混战，第3营营长郭文干在率部增援途中中遭遇10多名日军伏击牺牲，第3营被打散，伤亡500余人，火车站得而复失，官兵被困在车站附近，激战两日，补给中断，弹尽粮绝。梅里尔未及时派兵增援，以致该部功败垂成，迫使其只得与日军进行肉搏后冲出重围，退回跑马地、河套一带收容整顿。而梅里尔竟推卸责任，指摘该团团长指挥无能、作战不力，建议史迪威予以撤职、遣送回国。这使中国官兵大为不满，群起抵制。梅里尔一气之下旧病复发，被送往后方救治。麦克姆准将暂代其指挥职务。这时，第14师副师长许颖少将率第42团来到密支那。

1944年5月23日，史迪威偕新1军军长郑洞国、新30师师长胡素、第50师师长潘裕昆、总部参谋长柏特诺来到密支那调整指挥系统。由柏特诺代表史迪威在密支那设中国驻印军战斗指挥所，执行指挥；由麦克姆任战地指挥官，统率在密支那的各部队；以亨特任第5307团指挥官。在密支那的中国军队分别由胡素、潘裕昆统率，原中美联合突击支队的临时编组予以撤销。

柏特诺较之梅里尔更无实战经验和指挥大兵团作战的能力，而且不敢身临前线，对战场上敌我双方的情况全凭各级联络官的报告，此种报告又多有不实；而且柏特诺素来专横跋扈，对中国军官心存轻视，对他们的报告和合理的建议，每每置若罔闻，自以为是，一意孤行；更因他求功心切，从5月25日至6月25日间，不顾客观情况，多次轻率地发动大规模进攻，致使中、美士兵伤亡惨重，每天只能推进50至200米。柏特诺反而诬蔑中国军队“作战不力、逡巡不前”，甚至将胡素擅自撤职，遣送回国。

1944年6月1日，中美军队转入坑道战，同时迅速增派援军，补充弹药。1944年6月10日，中、美军队再次对密支那发起总攻，形势日趋对日军不利。水上被迫指挥部队昼藏夜战，多次偷袭英印军队，并利用缴获来的弹药、给养坚持战斗。至6月中旬，水上部队已损失1000余人。

由于密支那能否坚守，直接关系到日军的部署，日军魔鬼参谋迁政信，发布“水上少将必须死守密支那”的命令。在6月25日到7月2日的一周时间里，水上指挥守备队进行殊死的拼搏，使中美军队仅前进了数百米。7月12日，中美军队在空中支援下再次发起总攻。127架飞机共投下754吨炸弹，其数量比炮兵发射的炮弹还多百分之二十，水上命令部队在轰炸期间退往后方，一俊轰炸停止，迅即返回阵地抵抗步兵的攻击，中、美军队虽有推进，但未取得决定性的战果。

此次总攻后，水上部队的兵力减少到大约1500人，因弹药奇缺，火炮射击已限制在每天6发以下，手榴弹每人只发两枚，战斗中多采用白刃格斗。为了补充兵员，水上令情报主任八江正吉中尉率5人冒雨溜出密支那，在瓦扎找到第2野战医院分院，指挥约400名伤病员，突破重重封锁，与守备队主力会合。至7月下旬，水上部队减少到1200人，阵地设施几乎遭到彻底破坏，第一线官兵已处于毫无掩护、完全暴露的状态。战壕积满雨水，官兵们浸泡在齐腰深的水中。日本33军本多才政中将获悉密支那守备队的命运危殆，决定向水上及守备队颁发嘉奖状，但侦察机无法飞临密支那上空，只好以电报传达。

7月下旬，密支那守备队已濒临绝境，此时，如退守伊洛瓦底江东岸，将是最后的生存机会。丸山大佐不知道“死守密支那”的命令，向水上建议，与其全体无谓牺牲在密支那，莫如迅速转移到江东岸，据守马扬高地。水上默认了这一建议。丸山遂下令8月1日开始撤退，分批于1日、2日、3日夜间实施渡江。部队按计划成功渡江后，逐次集结在热带丛林中，幸存者减至约800人。

在此期间，正是由于柏特诺未能接受中国军官关于切断日军与孟拱、八莫的通道的建议，使日军得以从八莫和孟拱两地得到增援，从而引起了史迪威的不满，于6月25日将柏特诺撤职，另以韦瑟尔斯（一译魏赛尔）来密支那继任。但以后的作战实际上由郑洞国指挥。郑洞国以对壕作业向前推进，并注意步、炮、空的协同，于是伤亡大减，激战至8月4日，完全占领密支那及河对岸的宛貌，肃清了各处日军残兵。1944年8月4日黎明，水上源藏少将于农他隆东岸的一棵树下，用手枪自尽。

密支那战役历时3个月，共攻进了90余公里，恢复土地2200平方公里，击毙日军2000多人，俘获69人，将日军第十八师团第一一四联队，工兵第二联队。第五十六师团第一四八联队主力及其他部队歼灭，中国驻印军反攻缅北的第一期作战任务胜利完成。自5月17日至8月3日中美突击队共伤亡6551人，这是驻印军伤亡最大的一次战斗。

密支那战役中，机场奇袭原本可以一举攻占密支那全城，歼灭其守军，却因指挥不当，授敌以逐次增援固守之机，使这场奇袭战演变成了旷日持久的攻坚战。经过79天血战，付出了惨重代价，迟至8月3日方克全城。计歼敌水上少将以下官兵3650人，生俘187人，仅第114联队长丸山大佐率少数伤患乘竹筏逃往八莫。

奇袭密支那之战结果变成了旷日持久的攻坚战，这固然是计划奇袭密支那之战的总设计师柏特诺所未曾料到的问题，同时也是他指挥这一战役时所不愿看见的现实。这正好表明柏特诺的战争思维不够缜密，其实战经验也太欠缺，且过于自信，因而不能广征博采、集思广益。究其造成密支那一役经过79天的血战，付出了重大牺牲后，方能攻克的主要原因，有如下诸端：

（一）奇袭未与围城阻援同步进行，予敌以逐次获援之机。中美联合兵团代理指挥官亨特上校，因受到总部要求他尽快袭占西机场的指示的影响，就没有等待K、M两纵队全部到达，便以刚刚接近密支那西郊的H纵队中的第一五。团袭占西机场，另以美军第一营占领跑马地渡口，以为只要能利用机场使增援兵团和物资可以源源空运前来，占领密支那全城就是轻而易举的事了。结果就没有采取围城阻援的措施，以致日军的增援部队陆续进入密支那，使守城日军由1000人猛增到5000人之多。

（二）美军一向有集体轮休的惯例，期限一到，正在作战的部队也必须撤出火线，到后方休整。第五三。七团按例到5月7日就应予以休整。总部且已承诺于占领密支那西机场后使其休整。但史迪威却违例弃诺，仍令该部继续作战，遂引起该部官兵普遍不满和厌战。结果不但纪律松弛指挥失灵，而且士气低落，出现“怠战“现象，使史迪威的威信大降，有一美军士兵曾试图射杀史迪威以泄愤。幸该美军士兵终于良心发现，且慑于军法军纪之严威，而自主地放弃了刺杀史迪威的罪恶邪念，从而使史迪威未遭劫难。

（三）未能针对密支那地形平坦，日军工事坚固、隐蔽良好且惯用急袭火力、侧防火力和狙击火力的特点，从一开始就未能采取后来郑洞国所用的那种坑道进攻、步步推进的战法，以致重复中国军队在淞沪战役中的错误，招致重大伤亡，却屡攻不克。

（四）空军未向地面作战部队派出携带电台的联络员随进攻部队行动，指导空军的轰炸射击。炮兵也未向前线部队派出前方观测员，随进攻部队行动，以“诱导弹幕”掩护进攻部队运动，及时准确地摧毁日军侧防火力点和坚固的机枪阵地。

（五）中美军队每次进攻，都疏忽了对敌情地形的侦察，而且疏于进攻的火力准备和步炮、陆空协同作战的准备，每每仓促出击，因而常常是勇敢有余而巧战则不足，遂致伤亡累累，却无寸进。

（六）既然决定以奇袭战术夺取密支那，首要的条件是出其不意。因此，必须利用各种侦察手段，摸清敌情和地形选择使敌不容易察觉的进军路线，制订切实可行的奇袭计划，并进行必要的沙盘兵棋或地图兵棋上的演练，使主要干部通晓敌情、地形和奇袭战之实施要领。但是，梅里尔准将指挥（临出发前因梅里尔心脏病发作，入院治疗，改由亨特上校指挥）的中美联合突击兵团，却仅凭空中照相图和威廉·拉芬上尉从当地土人处探听的消息，便选定由大奈河东的太克里，经波盖卡、南阳卡翻越海拔2057米的巴当彭山进入沙劳卡阳河谷，经升尼接近密支那西机场和北机场。岂知日军第一一四联队长丸山大佐，鉴于美军埃夫列上校率领的克钦别动队，一直在孙布拉蚌、葡萄一带活动（以营救驼峰失事飞行员为主要任务），早已派其第二大队在瓦扎（密支那北方78公里处）担任搜索警戒，当该突击兵团由金尼逊上校指挥的K纵队于5月6丑行经雷托旁时与日军一交火，便使行动完全暴露。遂导致奇袭战变为持久攻坚战。

密支那战役的胜利，使盟军获得战场主动权，对于中国来说，意味着中国西南战略形式的得到根本改观，抗日大后方有了稳定性。密支那战役的胜利使“驼峰航运”不再经过危险的喜马拉雅山，航线重新变直了，飞行高度重新变低了，运载量变大了，而安全性则大大增加。

密支那战役的胜利还使驻印军和远征军之间初步连成了一片。密支那与尚在鏖战中的中国滇西重镇腾冲之间，有140公里长的古代商道相连，1944年8月8日，驻印军新38师第112团1个加强连（连长孙蔚民）和美国1个步兵排开往腾、密两城间的中缅边境，保护与远征军联络的孔道。9月6日，这个连在海拔2400米的高良工坳口，与正在腾冲酣战的中国远征军第20集团军取得了联系，并举行了一次小型的会师。第20集团军的胡振国团附率兵20人，中美英各方记者和工程人员220人，以及参加修筑中印公路北线的当地中缅边民千余人参加了典礼，正在修筑的中印公路北线将从这里进入中国。