在新一军新二十二师、新三十八师进攻孟拱河谷的战斗打响之后，由国内空运至印度的第五十四军第十四师与第五十师，以及新一军新三十师，各以一部兵力，与美国驻印军组成先遣支队，支队长由美方米尔准将担任，向缅北战略要地密*发动进攻。经地半个多月的战斗，至5月17日，先遣支队先后攻占密*北面与西面的日军飞机场，切断了密*至孟拱的公路，并于当晚向密*城发起攻击。

20日，第五十师第一五0团曾一度攻入密*车站。但由于遭敌集中火力反击，通讯联络被切断，美方总联络官借故离开，以致无法要求空军及炮兵的支援。该团伤亡惨重，车站得而复失。后又由于米尔准将指挥失误，使日军得以趁机加强防御。第一五0团则因未能得到后续部队的有力支援而被迫撤退，致使本可一举攻占的密*城，屡攻不下，拖延达两个月之久。

7月6日，新一军军长郑洞国亲往前线视察，见各部虽然于6月中旬开始采取掘壕及强攻并用的战法，向城垣进逼，但进展迟缓。由于据守密*城的日军，为曾经发动“七七”卢沟桥事变而号称“常胜军”的部队，因此郑洞国决定于7月7日发动全面攻击。

自7月13日起，各攻击部队在优势空军与炮兵支援下，连续猛攻三日，终将城北端高地及西南数据点占领。17日以后，各部自行掘壕攻击，大部分进入街市村落战斗。敌人虽屡次增援，但被驻印军空军与炮兵猛烈轰击，死伤甚重，逐步退守市区。

25日起，郑洞国又命各部发动全线进攻。激战至31日，驻印军已将密*市区占领过半。第五十师师长潘裕昆，鉴于城北端之敌凭借坚固阵地顽抗，强攻牺牲太大，于8月2日派轻装敢死队，分组潜入日军阵地后方，将敌通讯设备完全切断，于3日拂晓向敌指挥所猛烈攻击。各攻击部队同时出动，向敌冲杀。敌大部被迫向江中逃窜，未能逃走之敌，大部用手榴弹自杀。至8月5日，驻印军将密*城完全占领。

攻占密*后，中国驻印军奉命整顿扩编，由新一军扩编为两个军，即新一军和新六军。新一军下辖新三十八师和新三十师。郑洞国升任驻印军副总指挥，新一军军长由新三十八师师长孙立人升任。

10月初，雨季已过，新一军与新六军奉命由孟拱与密*分两路向八莫地区推进。不久，新六军奉命回国，该军第五十师仍留在缅北作战。新一军指挥三个师，继续向八莫攻击。

八莫是战略要地，此地得失，关系缅北及滇西全局。日军在密*失败后，即集中残余部队加强八莫的防御设施，深沟高垒，层层设防，每条街巷都设有坚固工事。新一军新三十八师首次攻击失利后，孙立人见敌人阵地坚固，火力猛烈，便决定用陆空协同、步炮协同的办法，并以战车掩护，逐点攻击，歼灭敌人。经过一个多月的浴血苦战，攻克了敌外围据点，占领了公路沿线广大地区，于12月15日攻占八莫城。敌大部被歼，守城司令原大佐被击毙，残敌逃向南坎。

1945年1月中旬，新一军三个师首先攻占南坎地区，继而与重新组建的滇西远征军会攻中印公路上唯一被日军盘踞的据点芒友，于1月末将芒友占领。至此，中国驻印军与滇西远征军共同完成了打击缅北日军，打通中印公路的历史使命。

此后，新一军又经过20多天的转战，于3月8日攻占腊戍，全歼守城日军。从此，滇湎公路泰越边境之咽喉要地，统统为驻印军所控制。至3月末，孙立人又指挥新一军3个师先后略取腊戍以南及以西地区的南图、细胞，猛岩等要地，第二次缅甸战役至此胜利结束。

由于新一军在远征缅甸、协同盟军抗击日本侵略者的战斗中屡建战功，得到国内外各界的充分肯定与高度赞扬，当时号称“天下第一军”，军长孙立人也被国际舆论界誉为“东方的隆尔美（德国元帅）”。

1945年7月，新一军全部回国，驻广西南宁。抗日战争胜利后，孙立人率新一军赴广州接受日军投降。此后，新一军进行了休整，装备了美、日等国的武器及军用物资，并招募大量新兵，抓紧进行军事训练，成为国民党军五大主力之一。

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