然而傍晚时，第20集团军司令部接到的却是死伤惨重的报告：6个团，每个团都死伤一二百人。第二天依然如此，不但城没有拿下，连城墙都没有受到重创。几天下来，战报中只有一项是不变的，那就是伤亡数字：每天都是三四百人，腾冲城的城墙却依然屹立。这时人们才明白，这城墙确实不一般。
腾冲城的城墙是用火山岩石修筑的，这种岩石不仅坚固、光滑，而且非常有弹性。炸弹炸到城墙上时，会被弹开到数十米外，即使使用重磅炸弹也无法对城墙造成太大伤害。为了在这种特殊的城墙上打开缺口，有美军飞行员提出在轰炸机使用的航空炸弹上添加钢筋，通过低空投弹，使钢筋插入城墙后固定住炸弹，然后再引爆。
经过试验，这种“上了刺刀的炸弹”果然有效。8月4日下午，美军出动大批轰炸机投放特制的“刺刀炸弹”，终于在坚固的城墙上炸开几个缺口。轰炸还没有结束，一支敢死队就冲了上去，随后，远征军的将士们蜂拥着冲进了腾冲城。
城墙失守后，腾冲城内的日军困兽犹斗，利用城内建筑和残余城墙与远征军展开巷战，给远征军造成巨大伤亡。8月13日，日军148联队的联队长藏重康美及部下30余名官兵死于美军战机的轰炸，日军几乎丧失了所有高级军官，148联队已经群龙无首。但日军仍依托城内的地下水道、英国领事馆和文昌宫等坚固建筑死拼。
从8月4日到9月14日，中国远征军5个师近3万人的兵力，在腾冲城里整整血战了一个多月。9月14日上午10点，随着最后几声枪炮在李家巷北头停息，全腾冲城的日军被彻底歼灭。
作战评价
从1944年5月11日远征军第20集团军强渡怒江至9月14日攻克腾冲城，历时127天，所历大小战役40余次，共俘获敌军官4员，士兵60余名。毙敌少将指挥官及藏重康美大佐联队长以下军官100余员，士兵6000余名。虏获山炮7门，步兵炮6门，迫击炮10门，重机枪19挺，轻机枪47挺，步骑枪1000余支，汽车20余辆，有线和无线电台25部并其他军用品若干。我远征军亦伤亡军官1234员，士兵17075名，可见腾冲战役之艰苦与惨烈。
腾冲之战的胜利，有力地促进了滇缅战场的胜利，在中国抗日战争及世界反法西斯战争史上谱写了光辉的一页。远征军的官兵们用鲜血和生命体现了中华民族的气节。滇西大战结束后7个月，诺曼底登陆后第434天，1945年8月15日日本投降!
