在中國遠征軍分路進擊松山、騰衝的同時，負責右翼攻擊任務的第11集團軍即從第2軍和第71軍中抽出精銳部隊，共同組成突擊隊，繞過松山側翼直插龍陵，於6月6日兵分三路向駐守龍陵縣城一線的日軍發起了猛烈進攻，經過兩個晝夜的激戰，截斷了龍陵與芒市之間的公路聯絡，並肅清了龍陵城外大部分據點中的據守之敵。
6月8日晨，第71軍87、88兩師主力部隊開始向日軍重兵防禦的龍陵東南郊敵陣進擊，力圖搶佔猛嶺坡，日軍也拚死搶奪被遠征軍攻佔的陣地，異常激烈的戰鬥打成了拉鋸戰，猛嶺坡陣地9次易主，第88師263團最終以團長傅碧人負重傷、全團官兵傷亡500多人為代價，直到下午5時才將該陣地完全攻克。此後兩天中，遠征軍將士在猛嶺坡大捷的鼓舞下，分路向龍陵城外的日軍發起猛攻，87師攻克赧場、大壩、文筆坡和龍陵老城，克復龍陵以東的公路要點；88師攻克廣林坡、老東坡、風吹坡、三關坡；新33師攻克雲龍寺。
到6月10日，龍陵城郊的所有高地都被遠征軍克復，三個師的雄兵對城內日寇重重圍困，攻城在即，殘餘日軍只得退回到城內堅固工事中負隅頑抗。
眼看在龍陵苦心經營的核心據點即將失守，外圍日軍立即組織大股力量增援，一心解龍陵之圍。6月13日，正當遠征軍著手攻打龍陵縣城之際，駐守騰衝的2000多名日軍南進馳援龍陵，駐守芒市的1000多名日軍也沿滇緬公路北上，駐守象滾塘的500多名日軍也急速東進龍陵，同遠征軍發生了激戰。在日軍精銳部隊大軍壓境的情況下，遠征軍第71軍主力部隊被敵軍從中截斷，腹背受敵的87師傷亡慘重、險遭覆沒。迫於情勢，遠征軍只得於16日退回到城郊一線，保存實力準備再戰，遠征軍首攻龍陵因此功敗垂成。
從6月16日夜起，駐守在龍陵縣城附近各據點中的5000多名日軍經常在坦克的掩護下，沿滇緬公路兩側向遠征軍發起突襲，雙方傷亡都十分慘重。7月13日，第71軍又集結了87師、88師、榮譽1師、新28師、新39師五個師的30000兵力，從東、北、南三面向龍陵縣城一帶的日軍據點發起第二次圍攻，再度佔領了赧場、長嶺崗、猛嶺坡、廣林坡、三關坡等日軍陣地，控制了龍陵至芒市、騰衝的公路。但因松山尚未克復，各類軍需物資無法透過滇緬公路運抵軍中，造成圍攻龍陵的部隊給養困難，且日軍為了儘快打通芒市至龍陵的公路，向龍陵增派了第56師團、第2師團主力15000多人，向遠征軍發動了瘋狂反撲，在敵人炮火的猛烈攻擊下，駐守龍陵城外的新39師所剩官兵不到百人，新37師也遭受重創，其死守陣地的117團3營將士全部殉國，不少陣地重新陷落敵手。因將士傷亡慘重，遠征軍只得於9月10日再度退回到龍陵城北近10公里的赧場一帶堵擊，第二次進擊龍陵宣告失敗。
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9月中旬，中國遠征軍圍攻松山、騰衝的戰鬥都取得了全面勝利，左、右兩翼主力部隊相繼匯聚龍陵。時逢8月22日，蔣介石將宋希濂調離龍陵到重慶受訓，原因是蔣介石在重慶已釋出龍陵光復的新聞，結果殘敵尚未肅清。宋希濂職務由副總司令黃傑將軍代理，遠征軍對圍攻龍陵的戰略進行了調整，一面進襲龍陵至芒市之間的交通陣地防止敵兵增援，一面集中了10個師的強大兵力，於10月29日向龍陵城區發動了第三次總攻。經過為期5天的激烈戰鬥，終於在11月3日將據守龍陵的日軍大部殲滅，奪回了龍陵這個至關重要的戰略要塞。緊接其後，遠征軍派出第88師沿途追剿向芒市方向逃竄的殘敵，連續攻克團坡、張金坡、南天門、放馬橋一線的日軍陣地，到了11月11日，龍陵全境均回到了中國人民手中。