到了7月份，孟拱和加迈的日军已被歼灭，密支那成为一座孤城。日军指挥官水上源藏少将按照本多军长“死守密支那”的命令，依然负隅顽抗，作困兽之斗。史迪威撤换了联军指挥官博特纳准将，重新调整了部署，命令第五十师、新编第三十师和美军突击队从三面围攻密支那。
7月13日，中美联军向密支那发起总攻，很快肃清了外围阵地，攻入市区，随即开始与日军争夺每一所房屋和每一条街道。经过二十天的激战，终于肃清了残敌，占领了整个市区。水上源藏见大势已去，被迫自尽。仅有少数残敌偷渡伊洛瓦底江，向八莫逃窜。密支那攻坚战历时八十天，中美联军浴血苦战，歼灭日军约三千人，自身伤亡约七千人。
胡康河谷和孟拱河谷的战斗，中国军队歼灭日军田中师团全部，及第五十三师团和第五十六师团各一部，共击毙日军两万多人，一雪两年前兵败缅甸的耻辱。廖耀湘在胜利后立即给蒋介石发电报，兴奋地写道：“此次敌重武器及军用车辆遗失之巨，人员死伤转于沟壑者之众，狼狈溃散惨状，有甚于两年前国军野人山之转进。追昔睹今，因此痛雪前耻，官兵大奋。”