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，新三十七师死守阵地的一一七团三营官兵全部殉国。9月10日，中国军队被迫再次放弃龙陵县城与城外据点。
飞机助阵阻击增援日军
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。为早日拿下龙陵，蒋介石下令机械化部队第五军第二○○师从昆明火速开赴龙陵前线。
10月29日拂晓，远征军集中近10万人，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。
远征军事先已截断了从龙陵通往芒市的所有交通要道。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3日，枪炮声在龙陵城逐渐平息下来。经过5天激战，远征军对龙陵的第三次总攻终告成功。当天，卫立煌致电蒋介石：“残敌仅余四五百由小路突围向芒市逃窜，我正追击中。”
