经过史迪威近一年时间的努力和斡旋，蒋介石终于同意他指挥中国驻印军队进入缅甸作战。1943年12月21日，史迪威怀揣蒋介石授以“全权”的手令，满心欢喜地离开重庆，赶到印度的利多。他不顾旅途的劳累，立即找来中国驻印军将领召开会议，研究反攻缅北的作战计划。
中国驻印军进攻密支那。关于中国驻印军的进攻目标和作战计划，史迪威早已成竹在胸。他准备率领部队从利多出发，跨过印缅边境，首先占领新平洋等塔奈河以西地区，建立进攻出发阵地和后勤供应基地；而后翻越野人山，以强大的火力和包抄迂回战术，突破胡康河谷和孟拱河谷，夺占缅北要地密支那；最后向八英方向发展进攻，与云南的中国远征军会师，打通中印公路。
然而，要实现这一目标并不是一件容易的事情。
中国驻印军虽然经过兰姆加尔的整训，全部换上了美式装备，火力和机动性有了很大的提高。但是，中国军队毕竟从未对日军打过大规模的进攻战役，缺乏这方面的作战经验。目前可以投入作战的部队，只有新38师和新22师，兵力不到3.5万人。刚从国内空运来的新30师，眼下尚在兰姆加尔整训和换装，还要等一段时间才能开赴前线。右翼英帕尔的英军，虽然集结了第14军和第15军共6个师，但何时能够发起进攻，还不清楚。云南的中国远征军的11个师，蒋介石已明确表态，只要英国海军不在缅甸南部登陆，他就不让这些部队入缅。驻印军的缅北反攻，可以说是孤军奋战，兵力上对日军并无优势。
从利多到密支那的作战路线，要经过野人山中的胡康河谷和孟拱河谷，地形极为复杂。这里崇山峻岭、飞崖叠峰、森林蔽日、河流纵横。部队难以机动，难以展开，难以充分发挥火力优势，后勤补给更是十分艰难。
当面之敌日军第18师团，是一块难啃的骨头。该师团有3.2万人，是日军的一支王牌部队。1937年，它参加过进攻上海和南京的作战，是制造南京大屠杀的元凶之一。1938年，它又南下在广东大鹏湾登陆，攻占广州。1939年在广西钦州登陆，投入进攻南宁的作战。1940年，它被调往南洋地区专门进行丛林作战的特别训练。于1941年占越南、进泰国、横扫马来亚。翌年2月，它在新加坡创造了以3万多人迫使8.5万英军缴枪投降的奇迹，随后又投入缅甸作战。长期的热带丛林作战经验，使其获得了“丛林作战之王”的美称。原任师团长牟四口廉也已升任缅甸方面军第15军司令官，现任师团长田中新一中将，曾任日军大本营作战部部长，是个诡计多端、老谋深算的指挥官。
尽管如此，史迪威仍然充满了信心和希望。他必须打赢这一仗，因为这不仅可以打通中印公路，增加对华援助；而且可以有力地证明他的观点：只要加强整训，更新装备，实施正确指挥，中国军队完全可以战胜任何强大的敌人。他认为，如果能让蒋介石看到中国驻印军的战斗力，或许能促使他在整编军队、进行军事改革方面，采取积极一些的态度。
史迪威请已先期入缅的新38师师长孙立人介绍了前线情况。两个月前，新38师为掩护中印公路的修建，已派出第112团进入缅甸境内。当时，日军第18师团主力尚在密支那及其以东地区，印缅边境仅有日军少数守备部队。10月24日，第112团开始攻击前进，29日占领新平洋。11月上旬，该团进至于邦地区时，遭到日军的顽强抵抗，前进受阻。
日军第18师团发现中国军队入缅后，立即调整部署，以第114联队留守密支那，以第55联队和第56联队向前线增援，师团指挥部亦向前开进。12月中旬，第56联队主力到达于邦地区，向中国军队发动反扑，被我军击退。目前，战场呈胶着状态。
史迪威认为，必须乘日军主力立足未稳，迅速发起进攻，占领于邦，掩护后续部队入缅。第二天，他便赶到新平洋，建立了指挥部。23日，召集新38师各师、团长开会，部署对于邦的进攻战斗。此时，新38师第113团和第114团已到达前线。史迪威决定，以第113团担任正面进攻，第112团和114团分别从左右两翼，向日军侧后攻击。
24日清晨，史迪威离开新平洋徒步赶往前沿阵地。经过两个多小时的步行，在战斗开始前20分钟到达了担任正面进攻的第113团第3营指挥所。军官们惊呆了，一位60岁开外的中将、战区副统帅，竟跑到第一线的营级指挥所来视察战斗，这他们在中国军队里从未见过。
上午9点，于邦战斗打响，炮兵部队进行了1个小时的炮火急袭，370多发炮弹在敌人阵地上开花。10点零5分，随着一阵嘹亮的冲锋号，部队向敌人发起了攻击。史迪威看着驻印军官兵一个个地夺占敌人的据点，心中感到十分喜悦和快慰。“中国人打得很好，这些人勇猛无畏，下级军官是好样的。”那天晚上，史迪威回到司令部，在日记里写下了自己的观感。
10月29日，新38师经过6天的激战，全部夺占了于邦的日军阵地。日军第56联队丢下300多具尸体，仓皇向后退却。
于邦战斗初战告捷，充分显示了中国军队经过兰姆加尔整训之后，战斗力特别是攻击能力的明显提高，大大鼓舞了驻印军官兵打败日军的信心和勇气，同时也给日军以巨大的震撼。据日军战史记载：“过去，日军一个大队（相当于一个营）对付中国一个师绰绰有余。尤其是在九州编成、转战中国、素有把握的第18师团，与中国军战斗最有自信。岂料胡康河谷的中国军，无论是编制、装备，还是战术、技术，都完全改变了面貌……使我军损失惨重……按此情报后，全军不禁为之愕然。”
1月2日上午，史迪威召集驻印军将领，部署下一阶段的战斗。
此时，日军第55、56联队已退守达罗至太白加一线。这里是胡康河谷中一块少有的平缓地带，塔奈河曲折婉蜒横贯其间，日军在河对岸凭借突起的山地和热带丛林构筑阵地，以阻止中国军队的进攻。其主力部署在太白加一带，企图乘驻印军发动攻击、兵力分散之机，从右翼实施反击。
驻印军新38师正从于邦地区向太白加攻击前进，廖耀湘新22师的先头部队第65团已进至新平洋。史迪威决定，以新38师第113团向太白加日军第56联队之左翼攻击；第114团为主要突击方向，进攻太白加敌之右翼，并切断日军第55联队与第56联队之间的联系；以第112团为穿插部队，翻越太白加以北山地，插向日军左侧后，阻断日军退路；另以新22师第65团攻击达罗之敌。
至1月中旬，新38师已夺占日军各外围阵地，开始攻击太白加之前沿。日军急忙抽调达罗第55联队主力向大白加方向增援，遂造成左翼空虚。新22师第65团，乘势迅速包围达罗之敌一个大队，经过激战将该敌大部歼灭，于1月31日占领达罗。新38师亦于1月28日，向太白加发起总攻。美军第10航空队出动了30余架飞机，轮番实施空中打击，日军第18师团主力不得不突围后撤。2月1日，新38师占领太白加。
达罗——太白加战斗的胜利，使中国驻印军在缅甸境内站稳了脚跟，开辟了向纵深地区进攻的道路；同时打乱了日军的部署，使敌人陷入被动地位。
2月1日，史迪威将指挥部迁至刚刚夺占的太白加，准备下一步的作战行动。驻印军占领太白加、达罗一线后，已深入缅甸境内约90公里，距利多基地达120公里。继续向纵深进攻，后勤补给已成为一个重要问题。2月5日，负责修建中印公路的皮克准将应召来到太白加，史迪威命令他于3天之内，在太白加修建一座可供运输机起降的临时机场，并在2月20日之前将中印公路从新平洋修到此地。皮克将军是一位出色的工程专家，而且非常能干，他果然准时完成了任务。
在整个反攻战役过程中，尽管地形极为复杂，交通十分不便，运输非常困难，但驻印军的弹药、粮袜、油料和器材等军需物资一直比较充足，负伤官兵也都能得到及时的救治，这对取得作战胜利发挥了重要作用。中国驻印军在战后的经验总结中写道：“我军任至何处，弹药不虞缺乏，即令深入敌后被敌包围，亦可利用空军投掷补充，亦不致发生断绝之危险。总之，物资多，运输便，后方之补给圆滑，前方之战力自可发挥。此足证明补给运输实为战胜之最要条件。”
日军第18师团自达罗、太白加一线撤退后，改变防御部署，将第55、56联队成梯次配置，分别占领孟关和瓦鲁班地区，两地前后相距约12公里，企图以坚固的纵深防御，阻止驻印军的进攻。
2月20日前后，中国驻印军各部队进至孟关外围阵地，新22师已全部投入战斗，美军上校罗思韦尔·布朗率领的驻印军坦克部队和美军的加拉哈德部队也已到达前线。根据史迪威的部署，以新38师为左路，新22师为右路，担任向孟关之敌的正面进攻，同时两师各抽出一部兵力攻击孟关后侧；以坦克部队穿越丛林，切断孟关与瓦鲁班之敌的联系；以加拉哈德部队沿北侧山地长途迂回，攻占瓦鲁班，完成对日军的包围。
2月24日，中美联合部队向日军发动全面进攻，新22师和新38师主力迅速向孟关逼近。3月1日，美军加拉哈德部队在崇山密林中艰苦跋涉近百公里，抵达瓦鲁班东北地区，随即向日军发起攻击，并占领其侧后南北河渡口。日军发觉其后方被截断后，除留少数部队在孟关正面抵抗外，集中全力向瓦鲁班发起反击。加拉哈德部队在已迂回至此的新38师第113团的支援下，与日军展开激战。3月4日，新22师攻克益关正面阵地，继续发展进攻，日军已被包围在瓦鲁班周围的狭小地段。3月9日，日军凭借工兵部队在丛林中临时开辟的两条秘密通道，侥幸逃出绝境。
孟关-瓦鲁班战斗，歼灭日军1500多人，给第18师团以重创，并肃清了胡康河谷之敌，为反攻缅北的胜利奠定了重要基础。战斗结束的当天，新22师师长廖耀湘兴高采烈地来见史迪威，他骄傲地说：“新22师在昆仑关打败了日军最厉害的第5师团，这回又打败了日军第二厉害的第18师团。”本来，史迪威对原属于杜聿明部下的廖耀湘并无好感，在他和孙立人之间，史迪威还是更器重和欣赏孙立人。但是此时，他也为新22师表现出来的崭新面貌和战斗精神感到由衷的高兴。多年以后，廖耀湘尽管对史迪威也略有微词，但仍然满怀深情地说：“他的确是一位真正的军人，卓越的统帅，我非常敬佩他那刚毅勇敢的性格和注重实际、讲求实效而且忘我的作风与献身精神。他作为我的长官，永远受到我的尊敬和仰慕。”
史迪威根据日军已受重创，仓促布防的情况，采取了更大胆的包抄迂回战术。他命令，以新22师担任坚布山隘口的正面进攻；以新38师一部向坚布山口右侧后迂回，将敌前后斩断；以加拉哈德部队和新38师另一部，从左侧向沙杜祖后方包抄，将当面之敌包围歼灭。
3月14日，各部队开始攻击。第二天，史迪威亲自赶到担任主攻的新22师第66团督战。19日，新22师攻克坚布山隘口。这一天恰好是史迪威的61岁生日，几位工作人员为他做了一个生日蛋糕，上面还做出了“乔大叔生日快乐”，的字样。马歇尔给他发来了生日贺电：“你的工作对这场战争和中国的未来，都具有十分重要的意义。”史迪威对在战场上度过这样一个有意义的生日，感到非常兴奋。
战斗在顺利进行。3月23日，新38师和加拉哈德部队到达指定位置，与敌人展开激战。日军第18师团毕竟是一支作战经验极为丰富的精锐部队，尽管经前期作战兵力已折损近半，且被中美联合部队切成数段，但仍然顽强抵抗。3月26日，日军集中全力向沙杜祖方向突围。中美穿插部队长途奔袭，立足未稳，没能切断敌退路，致使日军残部突出重围，朝加迈方向逃窜。3月29日，中美部队占领沙杜祖，肃清了坚布山中的残敌。坚布山战斗虽未达到全歼日军的目的，但仍给日军以重大杀伤，并且打开了进入孟拱河谷的大门。
就在史迪威率领中美联合部队胜利进军的时候，英军的英帕尔战场出现了十分危险的形势。3月8日，日军主动打破了战场的沉寂，向英军发动进攻。15日，日军3个师团突破亲敦江，进入印度境内。至3月下旬，英帕尔、科希马等要地的英军，陷入日军包围。如果英军一旦溃败，日军就会切断阿萨姆至孟加拉的铁路；史迪威率领的部队将陷入腹背受敌的困境。
蒙巴顿一面调集部队向英帕尔和科希马增援，一面要求伦敦和华盛顿向重庆政府施加压力，迫使蒋介石出动云南的远征军，以牵制日军行动。同时，他也致电史迪威，要他去重庆，争取说服蒋介石。
3月28日，史迪威赶到重庆，立即会见了蒋介石。蒋介石已在前一天直接致电罗斯福，明确拒绝派云南的远征军部队向日军出击，当然也不会接受史迪威的劝告。但是，他还是同意在4月份前后向利多空运两个师，即第50师和第14师，以加强缅北的攻势。史迪威立即与有关方面联系，确定了具体的空运计划。
3月30日，史迪威从重庆直接飞到孟关，这里已经建立起了机场。此时，史迪威面临着十分艰难的选择：当面之敌已遭受重创，正仓皇后撤，恰是乘胜追击、包围歼敌的大好时机；但是，英帕尔的日军已严重威胁缅北战场的侧后，万一英军不守，日本人就会切断中美联合部队的退路和后方供应线，继续前进无疑将冒很大的风险。史迪威必须首先弄清楚英国人是否有坚守英帕尔的决心和力量，他立即致电蒙巴顿，要求在阿萨姆召开军事会议，以研究目前的形势和盟军的行动方针。
4月3日，史迪威在阿萨姆的美国空军基地会见了蒙巴顿和斯利姆等人。他首先提出，可以从北方作战司令部抽调在第一次入缅作战时曾救援过英军的新38师孙立人部，协助英军防守英帕尔。其实，史迪威并不希望英国人接受这一增援，他只是想以此来试探英军守卫英帕尔的决心。蒙巴顿认为，让中国军队来协助防守英帕尔，恐怕和把英帕尔丢给日本人一样不幸。斯利姆明确表示，英军绝不会从英帕尔后退。同时，英方提出，可以把温格特将军已深入缅北敌后的远程突击部队交给史迪威指挥，以扩大在缅北的攻势。
温格特的远程突击队共9000多人，已于3月5日空降至密支那和英多之间的莫罕地区，并击溃了企图北进增援的日军独立混成第24旅团。这支部队对保证北方作战司令部缅北反攻的侧翼安全具有重要意义。
英国人的态度使史迪威“大出意外”，这多少缓解了他的后顾之忧。4月4日，史迪威回到前线，立即命令中美部队向溃逃的日军攻击前进。
但是，日军第18师团主力退守孟拱河谷以后，得到了从后方医院返回的2000多名补充兵员，并得到了第56师团一部和第53师团主力的增援，抵抗力量大为增强。而中美联合部队经过连续作战，长途奔袭，部队十分疲劳，因此进展迟缓。
4月21日，史迪威充分发挥他的战术想象力，作出了一项最为大胆的作战部署。他命令新22师向加迈方向攻击前进；新38师沿加迈左侧向孟拱迂回；另以美军加拉哈德部队和刚刚开赴前线的新30师第88团、第50师第150团，绕道北侧的崇山峻岭，插向敌后的战略要点密支那；将日军在密支那、孟拱、加迈一线分割包围，予以歼灭。
这一部署将彻底打烂日军的防御体系，把日军防线撕成几个碎片，使其首尾不能相顾。当然，这一部署也冒着很大的风险，尤其是插向密支那的一路，长驱敌后，情况复杂，结果难以预料。但是，不“出奇”便难以“制胜”，最大的风险也意味着最大的成功。正是这种冒着极大风险、让人意料不到的大胆部署，才充分体现了史迪威在战术指挥上的杰出想象力和创造性。
4月24日，史迪威命令新22师和新38师“全力攻击前进”。28日，中美联合突击部队秘密向密支那进发。
新22师和新38师遭到日军的顽强抵抗，前进受阻。5月5日，史迪威与廖耀湘长谈，向他介绍了战术指挥经验，鼓励他勇敢战斗。5月8日，史迪威在孙立人的陪同下，视察了第113团、114团指挥所。
史迪威已经61岁，是年过花甲的老人了。连续的奔波、战斗、紧张、失眠，使他精疲力竭，骨瘦如柴，脸上的皱褶更多、更深了。他把自己戏称为“老火鸡脸”，有些士兵以为他有70岁了。一次，一位美军黑人士兵仔细地打量了一番没戴军衔的史迪威，然后哀怜地摇摇头，对他说：“那些征兵局的人什么事都干得出来，怎么能让这么一个老头干这种事呢？”但是，史迪威的战斗精神，工作热情，顽强毅力，却比年轻人还要高。
5月14日，史迪威终于收到了中美联合突击队发出的信号，他们距密支那还有48小时的路程。两天后，这支部队隐蔽地接近了密支那外围。
5月17日清晨，美军出动大批飞机对密支那进行了长时间的密集轰炸。上午10点，中美联合突击队向密支那以西约1公里的飞机场发动猛攻。日军对突如其来的中美部队茫然失措，仓皇抵抗。盟军经4小时战斗，完全肃清了机场上的敌人。下午，满载着武器、弹药、给养和增援部队的运输机及拖曳的滑翔机，在密支那机场降落。
第二天上午，史迪威带领12名战地记者飞抵密支那。他视察了中美联合突击部队，鼓励他们继续战斗，夺取密支那城区。记者们手持照相机，对着史迪威和奇袭密支那的英雄们，不停地按动快门。随即，“盟军奇袭占领密支那”的新闻迅速传向各同盟国。
蒙巴顿以东南亚战区最高统帅的名义又给史迪威发来了祝贺电报，写道；“在你的英勇指挥下，美、中两国军队勇猛作战，一举夺取密支那机场，取得了辉煌的战果。翻越古岭的行动，在军事史上写下了光辉的一页。”其实，蒙巴顿的心里并不是滋味。10天以前，他还曾致电丘吉尔，断言史迪威无法占领密支那，因此要求实行所谓“海上战略”。丘吉尔得知中美军队突然占领密支那机场后，马上责问蒙巴顿：“美国人是怎样漂亮地在密支那从天而降的，对此你该作何解释？”
密支那的初步胜利，切断了孟拱、加迈之敌的后勤补给线，大大鼓舞了新22师和新38师对日军的正面进攻。5月底，新38师将瓦兰之敌团团包围，主力迅速向孟拱方向急进。6月1日，新22师攻克马兰高地，立刻向加迈发展进攻；16日，占领加迈，歼敌大部，第18师团师团长田中新一率3000余残兵，在第53师团主力的接应下仓皇向南逃窜。6月25日，新38师攻克孟拱，歼敌1600余人。
但是，夺取密支那城区的战斗却进行得十分艰苦。中美联合突击队占领密支那机场后，日军急忙调派部队向密支那增援，使该地的日军从3000多人迅速增加到5000多人。史迪威连续向密支那空运了第14师的第41团、第42团，新30师的第89团、第90团，第50师的第149团，各部队不断向日军发动猛攻。但日军凭借坚固的工事，顽强抵抗，致使中美联合部队屡屡受挫。
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。史迪威第4次飞赴密支那前线，他不得不撤换了指挥官博特纳准将，“把博特纳一顿臭骂，他叫喊着抗议”。一个月前，他已经撤换了爱将梅里尔。新任指挥官是韦瑟尔斯。部队重新进行了城市攻坚战术训练，并调整了部署，以第50师、新30师和加拉哈德部队从三面围攻密支那。
7月13日，中美联合部队向密支那发起了总攻，很快肃清了外围阵地，攻入市区，随即开始与日军逐个房屋、逐条街道地进行艰苦争夺。经过20天的激战，终于在8月3日肃清了密支那的残敌，占领了整个市区。8月1日，日军指挥官水上源藏少将见大势已去，用手枪自尽。仅有少数残敌偷渡伊洛瓦底江，向八莫逃窜。密支那战斗，歼灭日军3000多人，克复了缅北的核心要地，史迪威缅北反攻的作战目的基本达到。
通过这一阶段的缅北反攻，虽然还未最后打通中印公路，但对华空运已大大改善。自5月起，阿萨姆的空运司令部已不必绕道驼峰航线，开始经缅北径直飞往昆明，空运量明显提高。5月份运抵昆明的援华物资达1.3万吨，6月份提高到1.8万吨，7月份更急速上升为2.5万余吨。
缅北反攻作战，给日军王牌第18师团等部以歼灭性打击，消灭日军2万多人，一雪两年前兵败缅甸的耻辱。廖耀湘在胜利后，立即致电蒋介石，兴奋地谈到：“此次敌重武器及军用车辆遗失之巨，人员死伤疾病转于沟壑者之众，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。”
