8月26日深夜，从缅北秘密转移至芒市的日军第二师团加上第五十六师团主力共15000余人，突然向龙陵外围远征军阵地发起猛攻。原本似乎大局已定的龙陵战役再现变数。远征军官兵身后出现了敌人，再入险境。
胡正昌回忆：“一个团、一个连都编不起来了，死伤了那么多人。活着的人神经已经麻木了，木头人似的，只是冲啊，杀啊。有个兵对我喊一声：‘哎呀，排长，你负伤了。’我一看，身上在流血，这才倒下去了。”
在日军的疯狂反扑下，驻守龙陵城外的远征军新三十九师所剩官兵不到百人，新三十七师也遭受重创，其死守阵地的一一七团三营官兵全部殉国，不少阵地重新陷落敌手。9月10日，中国军队被迫再次放弃龙陵县城与城外据点，退回龙陵城北10公里处的阻击阵地。远征军对龙陵的第二次进攻功亏一篑。
三战龙陵：瓦解顽敌
就在远征军第七十一军受挫于龙陵城之时，9月7日，第八军攻克松山；9月14日，第二十集团军攻克腾冲。为避免遭到中国军队的合围，9月15日，龙陵附近的日军第五十六师团与第二师团主力，开始向龙陵以南的芒市撤退。
此时，滇缅公路北段，军车拥满道路，国民革命军第五军战车防卫炮营四连连长杨光荣和战友们在漫天尘土中急行军。
为了早日拿下龙陵，蒋介石下令机械化部队第五军第二〇〇师从昆明火速开赴龙陵前线。第五军直属战防炮营随第二〇〇师一起前往，协同作战。
对于杨光荣和第二〇〇师的很多老兵来说，脚下的这条滇缅公路其实并不陌生。“1942年第五军到缅甸作战就是走的这条路，那是真正的远征军。”杨光荣说。
9月底，第二〇〇师抵达龙陵近郊。此前的9月23日，远征军第二军收复松山以南的日军掩护芒市、龙陵外围的重要据点平戛。至此，日军在滇西高黎贡山区的四大据点，仅剩龙陵一地。日军第三十三集团军司令官本多政材感叹：“活到现在也没有尝过如此悲痛的滋味！”[臧运祜：《论滇西缅北会战中的中国远征军及其战术》；杨天石、臧运祜编：《战略与历次战役》，社会科学文献出版社2009年版，第354页。]
远征军经过短暂休整后，开始准备再攻龙陵。10月13日，蒋介石密电卫立煌：“希即就该战区现有兵力，迅速调整部署，积极发动攻势。”[臧运祜：《论滇西缅北会战中的中国远征军及其战术》；杨天石、臧运祜编：《战略与历次战役》，社会科学文献出版社2009年版，第355页。]
卫立煌令远征军各部向龙陵方向集中。时为中国远征军第六军新编第三十九师搜索连信号兵的熊世超说：“攻龙陵，不只我们这个师，还有第二军、第八军的好几个师在那边。当时我们三十九师有命令：就是死也要打下龙陵。”
这一次，已经被日本人杀过两次回马枪的卫立煌，不敢再有任何闪失。“蒋介石手令：再拿不下来就撤职。”卫道然说，“我父亲跟美国空军讲，让陈纳德的航空队最好的飞机都来，尽量摧毁日本人的工事。”
10月29日拂晓，经过近一个月的精心准备，远征军集中近10万人的强大兵力，在300余门大炮与美军飞机的配合下，对龙陵县城发起第三次总攻。
对于杨光荣以及第二〇〇师所有在第一次入缅作战中幸存下来的老兵而言，这是一次等待了两年的复仇之战。
杨光荣回忆：“二〇〇师刚上去，意气风发啊，炮火也激烈，打了三次齐射，炮管都打红了。日本人只有招架之力，没有还手之力了。说实在的，经过那么久，他们已经打得很疲。”
远征军第七十一军直属山炮营二连通讯员王树勋在回忆录中描写了摧毁龙陵城外最后据点东卡的经过：
所有重武器都从四面八方朝着东卡这个目标射击。真是万炮齐发，山摇地动。一刹那，只见东卡上空硝烟弥漫、尘土蔽天，整个龙陵城都被火光和浓烟笼罩着。这时我们的山炮阵地早从广林坡推进到龙陵城东约1公里处的碗厂设阵，对龙陵城敌人的护卫阵地东卡作直接射击。如雨点一般的各种炮弹的轰炸，把我们阵地周围都震得似地震那样波动。炮弹爆炸发出的热力所形成的热流，也不断向我们身边冲来，虽然天气还是和往常一样不停地下着雨，但我们每个人的身上都汗流浃背。
大约一个钟头，枪声全部停止了，大地一片寂静，简直连虫鸟都无一丝声息。不多时，步兵们便从东卡四周跳出掩体，层层向东卡敌阵压缩而进。先是工兵全面扫雷，清除障碍。查出堡垒所在地，并作出标志，以便认清目标进行搜索。因几万发炮弹的威力所掀起的泥土、瓦砾、树枝、房屋断料几乎把四个堡垒全部掩盖了。因此，一时清找就非常吃力，只有把上面的掩盖层渐次清除，才能发现堡址。近千名工兵、步兵协力清理，直到下午五点多钟，堡身才逐渐显现出来。
这时，坚守在堡垒内的绝大部分残敌，由于堡垒被我军炮击掀起的泥土、瓦砾等物掩盖，里面的空气几乎不能流通，再也不能顽抗，被迫冲出来和我军拼以一死，这正中我军下怀，真是打蛇已把蛇引出洞来了。敌一出堡，我军便从前后左右一步紧接一步地压缩过来，包围圈越来越小，轻武器手榴弹都不能使用，一场天昏地暗、神惊鬼愁的肉搏恶战便开展起来。双方士兵丢下枪支，赤手搏击，四手紧抱，滚来滚去，直到把对方弄死为止。这样拼搏约两个多钟点，顽敌全部被歼，这场恶战方告终止。[王树勋：《万炮怒发轰日军光复龙陵显国威》，政协云南省龙陵县委员会编《龙陵县文史资料选辑》（一），第81～82页。]
11月1日，远征军各攻击部队从四面八方突入龙陵城区，一举攻占日军在城中的核心据点观音寺。
日军作最后的抵抗。杨光荣回忆：“在巷子里躲起来的日本人用机关枪打，二〇〇师刚进去还没打呢，就叫人家撂倒好多，赶紧散开。第二天拂晓再攻，才把他们打下去了。”
远征军事先已截断了从龙陵通往芒市的所有交通要道。远征军老兵唐玉林回忆：“当时日军的司令部不是在芒市吗？我们把芒市通到龙陵的公路一截一截地切断，日本人的汽车开来的时候会翻车。我们守一个坡，日本人来攻那个坡，我们守不住了，用无线电联系上面，然后飞机来了，两个钟头就解决了战斗。”
已经在废墟中与中国军队反复厮杀近五个月的日军龙陵守备队，此时已山穷水尽。这一次，他们再也不会有援兵了。
11月2日，远征军攻占龙陵城西制高点，日军的抵抗意志开始瓦解。当天晚上，残余的日军开始向龙陵城外溃散。
时为中国远征军第七十一军第二野战医院少校医务主任的付心德回忆：“上面命令我们不要放跑逃出来的日本人，我们晚上不睡觉，趴在弹坑里等着消灭他们。”
