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2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，克服了缅北的核心要地，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。”
6.被召回国
5月11日，远征军一支先头部队渡过怒江，拉开了滇西反攻的序幕。第2天，远征军主力分两路向龙陵和腾冲的日军第56师团发动了全面进攻。
史迪威虽然没有参加远征军的指挥，但他为这支部队的整训和换装，为推动这支部队早日投入对日作战，倾注了巨大的心血。当看到这支中国部队终于以前所未有的威猛攻势冲向日军阵地时，他的脸上露出了满意的微笑。
但由于长期以来，史迪威与蒋介石在诸多方面意见不和，致使蒋多次致电美国总统罗斯福，要求召回史迪威。罗斯福为了美国在华利益，于10月5日给蒋发了回电。这封电报是他和马歇尔互相妥协的产物，虽然在文字上采用了一些马歇尔的强硬措辞，但在实质上表现了罗斯福对蒋介石的让步。电报对蒋介石取消授予史迪威指挥权的协议表示“惊讶和遗憾”，非常体面地宣布由于中国战场形势的严重恶化，美国政府不再承担任命一名美国军官指挥中国军队的责任；同时，电报同意免去史迪威中国战区参谋长的职务和管理租借物资的责任。电报只提出了一项要求，让史迪威继续指挥在云南和缅甸的中国军队。
史迪威敏锐地指出：“这是个软弱的有条件投降。”
尽管史迪威的处境已十分艰难，前景已非常迷茫，但他仍然以高昂的热情、坚韧的精神，密切关注着抗日战场。