7月18日，中、美军队转入密支那街区巷战，逐巷、逐屋搜索前进，并于8月1日攻下密支那市区的7条主要街道，日军被压缩到城北的最后阵地。当天下午，第50师师长潘裕昆少将招募“决战敢死队”，官兵纷纷报名，连司令部的传令兵、军械兵、伙夫都要求获得以死报国的机会。8月1日深夜，由104人组成的中国“敢死队”，在当地华侨的带领下，冒雨绕到日军背后。次日凌晨，“敢死队”与正面部队同时发动进攻，日军腹背受敌，意志终于崩溃，除死伤于阵地的日军外，其他残兵惶恐地逃出战壕，投入**的伊洛瓦底江。日军在密支那的最高指挥官水上源藏，来到江边的一棵大树下，拔枪自杀，以“武士道精神”回报天皇。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。第114联队联队长丸山大佐率少数残兵四五百人用竹筏及泅水渡过伊洛瓦底江，向八莫方向溃退，密支那完全被驻印军攻占。此役共歼灭日军官兵4000余人（其中击毙2300多人，生俘69人），历时3个多月的密支那作战至此结束，中国驻印军反攻缅北的第一期作战任务也胜利完成。
密支那大捷，决定了中印公路可以加速修建；滇缅公路重新打通在即；危险的“驼峰航线”从此载入史册，空军可以从东南部更安全、更便捷的航线飞往昆明和重庆；中国西南战略形势根本改观，抗日大后方真正有了稳定感；而日军对缅甸的占领已屈指可数，其在亚洲大陆的全面进攻，也从此演变成节节防御，最后彻底崩溃。
密支那大捷之前，英、法军队面对日军的咄咄攻势，接连失地丧师，法军弃守越南，英军在香港、新加坡、马来西亚、泰国以及缅甸噩耗频传。1944年，日军以3个师团的兵力包围了英帕尔，英军在亚洲的主力第14军团面临灭顶之灾。如果没有密支那大捷，英军失败之后，印度将成为倭国的囊中之物。而倭国更可以抽调精锐陆军增援塞班岛、莱特岛、吕宋岛、硫磺岛等太平洋上的一系列重要岛屿，使美军面临海空胜利、陆地失败的险境，麦克阿瑟的“跳岛战术”将大打折扣。
同样，日军发动的粤汉铁路和湘桂铁路大会战，切断了中国的南北交通线，越南和缅甸的沦陷，又使滇越铁路和滇缅公路彻底丧失。如果没有密支那大捷，就没有史迪威公路的修通，重庆作为抗日“孤岛”，很可能只有坐困愁城。
密支那大捷，不仅使盟军收复了缅北和滇西的大片土地，还从根本上同时解决了中、美、英三大盟国在亚洲大陆的战略困境。日军经此大败，再也无力进攻印度、调兵太平洋岛屿和扩大在中国的占领区，甚至连巩固以前的战争成果，都显得力不从心。东京在亚洲大陆的战略思维方向，已不再是什么“全面进攻”，而是转变为适当收缩和稳固防守。
由于日军无法利用密支那的机场拦截从印度向中国执行空运任务的运输机，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13686吨，6月份提高到18235吨，7月份更急速上升为25454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。廖建楚在胜利后，立即致电最高统帅，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。”
这时，第十四师、新三十师和第五十师，从印度空运到密支那，史迪威经过最高统帅的同意，调整了新一军、新六军班子，由孙仲伦担任新一军军长，下辖新三十师、新三十八师、新五十师，廖建楚为新六军军长，下辖新十四师、新二十二师。
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