大陸打通作戦
河南の会戦/豫中会戦
まず、事前の準備として京漢鉄道の黄河鉄橋の修復が1943年末から開始され、関東軍の備蓄資材などを利用して1944年3月末までに開通した。4月14日、第12軍（司令官：内山英太郎中将）の部隊が列車で黄河の通過を開始した。内山中将の指揮下には第62師団と第37師団、第110師団、独立混成第7旅団の各歩兵部隊の他、戦車第3師団と騎兵第4旅団が入った。
4月20日、日本軍は覇王城を守る中国第85軍に対して攻撃を開始した。中国軍はすぐに後退に移ったのに対して、日本軍は追撃を開始し、河南省密県での撃滅を目指した。第37師団の歩兵第225連隊により密県は攻略され、守備していた中国軍第23師団は壊滅させられた。
ついで日本第12軍は、許昌市の攻略と救援に来るであろう中国軍の包囲殲滅を狙った。日本軍の許昌進撃を知った蒋介石は、4月26日に許昌の死守を命じ、援軍を派遣させた。日本軍は第62師団を迎撃部隊として控えさせたうえ、4月30日に第37師団をもって許昌攻城戦を開始した。第37師団は城外のクリーク渡河に苦労したものの、山砲の集中と航空支援により翌日には許昌を占領してしまった。守備隊長であった新編第29師団長の呂公良（zh）中将は戦死した。援軍としてやってきた中国側の第12軍（司令官：湯恩伯将軍）と第29軍も迎撃を受け、うち第12軍は5月7日までに壊滅した。
さらに中国軍の物資集積基地のあった盧氏県も、5月20日までに日本の第37師団歩兵第226連隊によって占領された。所在の飛行場と倉庫は日本軍の制圧下となった。湯恩伯将軍によれば、京漢作戦中で最大の打撃であったという。
河南の中国軍は糧食を住民からの徴発による現地調達に頼っていたため、現地住民の支持を得ることができなかった。これが中国軍の敗北の大きな一因になったと言われる。1942年には大旱魃があったばかりだった。
蒋鼎文によるとほとんど一揆のような状態だったという。
洛陽攻略戦
順調な作戦推移を見た日本の北支那方面軍司令部（司令官：岡村寧次大将）は、第12軍に洛陽の攻略を命じた。第12軍の内山中将は中国側の野戦部隊追撃を重視したため、5月19日に第63師団と独立歩兵第9旅団のみでの攻略を命じたが、容易には攻略できなかった。その後、戦車師団などを含む第12軍主力による攻撃に切り替えられ、5月23日～5月25日の戦闘で洛陽を占領した。洛陽の戦闘で中国軍は、第36集団軍司令官の李家钰（zh）中将が戦死した。
これをもって、前半の京漢作戦は完了した。京漢鉄道は開通し、日本軍の記録によれば中国軍の損害は遺棄死体32,390体、捕虜7,800人に及んだ。北支那方面軍司令官の岡村大将は、堕落していた占領軍の規律を回復させ、「焼くな、殺すな、犯すな」の三悪追放令を発した。この結果、例えば第110師団の占領地域では夜間でも民間人が安心して外出可能であるほどまでに治安が向上し、終戦後の復員の際にも中国側担当者の胡宗南将軍により第110師団は優遇された。
第四次長沙会戦
湘桂作戦は漢口駐留の第11軍（司令官：横山勇中将）を中心に実施された。その兵力は固有の8個歩兵師団と1個旅団のほか、京漢作戦から転戦した第37師団など3個師団が加わって36万人を超えた。第11軍の最初の任務は、連合国軍の航空基地が設置されていると見られる長沙市の占領であった。長沙は1941年にも攻略を目指しながら、2度にわたって完全占領に失敗し撤退しており、中国側は数少ない勝利の地として“長沙不陥”を喧伝し、日本側の関係者は長沙は恐怖の一言に尽きると恐れていた(第一次長沙作戦・第二次長沙作戦)。第11軍司令部としては、長沙の占領よりも中国側の野戦軍の撃滅を重視しており、都市攻略には3個師団のみをあて、主力5個師団は別に前進しての決戦を計画していた。5月27日の海軍記念日に日本軍は進撃を開始した。
対する中国側は、第9戦区軍（司令官：薛岳将軍）の29個師団を主力に、約40万人を有した。うち長沙の防衛には第4軍の3個師団を配置した。
6月16日、日本の第34師団・第58師団・第116師団は、長沙の攻撃に着手した。中国側の守備隊主力は郊外の丘陵に拠って応戦したが、6月18日に日本軍が水路で運び込んだ15cm榴弾砲2門が砲撃を開始すると、夜陰に紛れて撤退した。しかし、横山軍司令官は略奪などの発生を警戒して、部下将兵に長沙市街への入城は禁じた。同日夜、アメリカ軍機の激しい空襲により、長沙市街は全焼した。
この間、日本側の第11軍主力は中国軍主力の捕捉を試みたが、中国側は決戦を回避したために大きな成果を得なかった。
衡陽の戦い
ついで日本軍は同じく飛行場所在地である衡陽の攻略に向かった。ここでも第11軍司令部は野戦軍の捕捉を重視し、第68師団と第116師団のみで衡陽占領を目指した。他方4個師団を中国軍との決戦兵力とし、2個師団は補給路の自動車道路構築にあてた。
6月26日から日本軍は衡陽攻撃を開始し、夜襲により速やかに飛行場の占領には成功した。しかし、衡陽城市の占領は簡単にはできなかった。中国側の第10軍（司令官：方先覚（zh）将軍）は4個師団の兵力で、養魚場やレンコン畑、丘陵などの地形を生かした防御陣地を構築していた。日本側の第一次総攻撃は7月2日までに頓挫し、第68師団司令部が迫撃砲の直撃を受けて師団長・参謀長が負傷するなどの被害を受けた。日本側は火砲・食糧・弾薬が不足しており、山砲などの到着を待って7月11日に第二次総攻撃を開始したが、これも将校の死傷が相次ぐなどして失敗に終わった。
事態を重くみた支那派遣軍総司令部は、総参謀長松井太久郎中将を現地に派遣して、第11軍に攻城戦への戦力集中を求めた。横山第11軍司令官はこの指示に従い、第58師団・第40師団・第13師団（一部）と重砲部隊を衡陽に向けた。これにより日本側の砲兵は10cmカノン砲など重砲5門、野砲・山砲50門となり、開通した自動車道により弾薬も集積できた。第三次総攻撃は8月4日から開始され、激しい戦闘の末に8月8日についに中国第10軍は降伏した。中国側の援軍は、積極的な行動を行わず、衡陽には到着しなかった。40日間の戦闘で日本軍の損害は死傷19,380人に上り、これには志摩源吉少将（第68師団の歩兵第57旅団長）など390人の士官の戦死、同じく520人の負傷が含まれていた。中国側の死傷者も7千人以上になり、これは第十軍の3分の2に及んだ。
方先覚将軍は部下の将兵と市民を引き連れて投降したがこれは中国軍としては初めてのことだった。その後方先覚将軍は捕虜収容所を脱走し重慶に帰還し、蒋介石から勲章を受けた。
桂林・柳州の戦い
この頃、中華民国軍の協力を受けて桂林・柳州に進出したアメリカ軍航空隊の航空機により、ヒ72船団などの日本軍輸送船団に被害が出るようになっていた。
日本軍の当初計画では、衡陽攻略後には速やかに桂林や柳州へと南進する予定であった。しかし、衡陽での苦戦を見た日本の大本営は、以後の作戦の前に第11軍の再編と休養を行う方針とし、補充兵10万人を送ることにした。8月下旬には現地の統括司令部として第6方面軍（司令官：岡村寧次大将）を新設し、第11軍などを指揮下に入れて安定した作戦遂行を図った。第11軍は自動車道の開通で補給態勢がようやく整ってきていたので、大本営の方針を無視して進撃を続けたが、アメリカ軍によりサイパン島が陥落し作戦目的は失われたと判断した大本営とフィリピンでの戦いに備えて桂林・柳州の米軍飛行場を攻略したいと言い出した作戦立案者の服部作戦課長らが停止か継続かで対立、結局服部の意見が通り10月に興安県へ到達したところで発令された停止命令が解除された。
第6方面軍は11月3日の明治節を期して進撃を再開することにし、桂州と柳州を順に攻略するという計画を立てた。ところが、進撃開始後、第11軍は独断で桂州と柳州に同時侵攻し、方面軍の指導を無視して11月10日までに容易に双方を占領した。日本軍は柳州付近での中国軍との決戦を想定していたが、白崇禧将軍率いる中国軍主力は戦闘を回避して後退したのであった。
日本軍は無事に桂林・柳州の連合軍基地を占領したかに見えたが、このような事態になることを恐れたアメリカ軍は、日本軍の侵攻に先立つ10月に航空基地を爆破した上で撤収していた。なおこの際に、連合国東南アジア軍副最高司令官のジョセフ・スティルウェルは、フランクリン・D・ルーズベルト大統領により罷免され帰国させられている。後任にはアルバート・ウェデマイヤーが就任した。
もっとも、第131師団長の闞維雍（zh）は撤退を拒んで桂林市内に立てこもり戦死し、桂林防衛司令部参謀長陳濟恒（zh）や第31軍参謀長吕旃蒙（zh）らも退却中に戦死するなど、中国軍も無傷では済まなかった。日本軍は補給線が伸びきり自動車用の燃料が不足したために、これ以上の追撃は不可能だった。この頃になると日本軍の食糧不足は深刻となり、周辺住民からの強制徴発無しでは作戦が不可能になっていた。小銃などの武器弾薬も不足し補充兵だけが送られてくる状況だった。中国軍も日本軍も補給は現地調達頼みだったので周辺住民には大変な負担がかかった。
第6方面軍の命令で第23軍の第22師団が南寧を再占領し、12月10日にはフランス領インドシナに到達して、南方軍の派遣した一宮支隊と連絡に成功した。ここにおいて「大陸打通」は一応成功したことになる。これにより第22師団と第37師団がインドシナへ進出し、印度支那駐屯軍へ編入された。
さらに一部の部隊は貴州省に進出し、独山まで到達した。
南部粤漢線打通作戦と湘桂反転作戦(光号作戦)
華南とベトナムの間には自動車道のみで鉄道路線がなかったが、今から鉄道路線を建設するのは間に合わないとされた。
第23軍は翌1945年1月に、漢口と広東を結ぶ粤漢鉄道の確保と遂川などの米軍飛行場の攻略を行った。
便衣兵を多用した作戦により1月後半から2月前半までに作戦は完了し、地図の上では朝鮮から香港までの鉄道路線が確保された。続けて4月からは湖南省西部で芷江作戦を、河南省西部および湖北省北部で老河口作戦を実施した。この二つの作戦は日本陸軍最後の大規模な攻勢作戦となった。
1945年3月に服部が華南の最前線部隊の連隊長に就き、中国国民党軍追撃命令を発令したが5月に変更し撤退命令をだした。ビルマを奪還した連合軍がインドシナ半島にも攻撃するようになっていたためと、5月28日に大本営から支那派遣軍に対して、湖南省・江西省・広西省を占領している部隊を撤収させて沿岸部のアメリカ軍の上陸が予想される場所に再配置するように命令していたためである。日本軍は逆に中国軍の追撃とアメリカ軍の機銃掃射の中、かつて進撃してきた道を引き返し、上海や広東・香港まで撤退した上で米軍上陸に備えた（光号作戦）。これにより日本軍はこれまでの作戦で得た、陸上交通路の確保と飛行場の占領という戦果を自ら放棄することになった。武漢周辺には第11軍と第20軍から守備部隊を抽出して中国軍の反攻に備えた。
航空戦
日本側は第5航空軍隷下の250機弱が中国戦線にある航空兵力であった。1943年8月21日から1944年5月6日の期間中、連合軍機44機撃墜に対して空戦損害は10機喪失を報告しており、この頃、その数を背景に連合国軍が勢力を増してきていた太平洋方面でのそれに比べると善戦であった。
しかし、これらの陸軍航空隊は戦闘消耗と太平洋方面への転出で、1944年7月には150機に減少した。アメリカ陸空軍を主体とする連合国側の航空兵力は逆に増加し、1944年5月には520機だったのが、7月には750機となった。日本側は新鋭四式戦闘機を装備した飛行第22戦隊を9月から1ヶ月限定で投入して、一時的に戦況を好転させたものの、全体としては連合国側が制空権を握ってきていたため、日本軍の地上部隊は空襲を避けるために夜間移動しなければならなかった。日本軍の補給線は激しい空襲を受けて、前線で弾薬などの不足をきたした。1944年12月には漢口大空襲が実施された。
戦略的誤算
ルーズベルト大統領は、対日無条件降伏を目指すカイロ宣言に中国を参加させた。ルーズベルトは蒋介石を巨頭として祭り上げ士気を高めさせようとした。この政策は蒋介石に対する優遇政策に見えるが、中国側にとっては余りにも過酷な課題であった。当時中国は1942年にビルマで日本軍が援蒋ルートが遮断した事で、アメリカからの軍事物資が空輸によるヒマラヤ越えのみとなって物資不足で戦局が不利であり、ヨーロッパ戦線や太平洋戦線と違い中国戦線にはアメリカ軍の援軍がいなかった。
さらにアメリカからの物資が不足している事に蒋介石は不満を募らせていた。更に国民党軍と支那派遣軍は戦力に圧倒的な差があった。中国国民党軍はドイツ式やアメリカ式の装備と訓練を受けた一部の中央軍（蒋介石直属の軍）の部隊を除けばゲリラと軍閥の寄せ集めのような集団であり、1943年頃に中国は将軍18名、高級将校70名、兵士50万人が日本軍に投降していた。逃亡を防ぐための督戦隊もあった。1945年1月のレド公路の打通まで中国側の軍事物資がヒマラヤ越えという不利な点を考慮すれば、日本と単独講和で休戦して連合国の戦線から離脱する事が蒋介石政権崩壊を防ぐための得策であった。
一方、同時期の1943年にイタリアは軍事的な考慮から枢軸国の戦線から離脱し、日独伊三国同盟の一角が崩れた。しかし英米首脳はカイロ会談で日本への無条件降伏を目指しており、そのためには中国大陸にいる100万人の日本陸軍を撃ち破ってくれる味方の地上軍が必要であり、その役割を蒋介石率いる中国軍に当てはめた。カイロ会談で行われた対日戦略は、テヘラン会談におけるソ連の役割を無理矢理に中国国民党に当てはめたという意味で無理のある戦略が立てられ、また中国から日本本土への爆撃計画も行われ、1943年11月に新竹空襲が実施された。カイロ宣言後に、スティルウェルや国務省の外交官からは次に日本軍の攻勢に晒されれば蒋介石政権が倒壊させられると危険信号が出された。一方カイロ宣言を知った日本陸軍は自分たちに無条件降伏を要求した蒋介石に激怒し、蒋介石の軍隊を粉砕させようと大攻勢を始めた。
そもそも蒋介石自身がスティルウェルによる中国戦線での指揮権と中国軍の抜本的改革に反発したため、大陸打通作戦における中国国民党軍は蔣介石の指揮下の弱小な軍隊だった。1944年の春、スティルウェルの予告どおり、国民党軍は大陸打通作戦で日本軍に大敗してもはや中国は勝てる見込みがなかったが、ルーズベルトは蒋介石に日本と単独講和で休戦させず戦争継続を唱え、半年後に国民党軍が総崩れになってしまう。ルーズベルトは中国本土から日本への空襲計画を考案したが、スティルウェルは空輸による戦略物資の輸送は限界がある上、中国内からの日本本土爆撃は日本軍の猛烈な反撃や更なる内陸侵攻をもたらし重慶政権が危うくなると反対しており、それが的中したのである。
ルーズベルトの提案した、中国に日本を無条件降伏をさせる対日戦略と中国大陸からアメリカ軍の日本空襲計画、米英ソの連合国三巨頭に中国を加える事によって対日戦争での中国の士気を高める「四人の警察官構想」は彼の認識不足による過大なものであった。彼は劣勢な中国戦線を前述の激励させて士気を高める事によって解決させようとしたのであるが、中国は到底米英ソと共に第二次世界大戦を完遂する事について行けない事に気がつかなかった。
硫黄島の戦いや沖縄戦で見られるように日本軍の抵抗は頑強であり、その抵抗ぶりにはアメリカ軍が苦戦を強いられた程である。それほど頑強な抵抗をする日本軍（支那派遣軍）100万人を中国側が単独で無条件降伏させるような事はほぼ不可能であった。ルーズベルトがスターリンにソ連軍の対独戦勝後に対日参戦を要請したのは、日本を無条件降伏させるためにアメリカ軍の損害を増やさないためである。余談であるが、ソ連は自国内に侵攻してきたドイツを英米の協力の元押し戻し、無条件降伏させるために第二次世界大戦で最大の戦死者を出している。
1944年の秋頃にようやくルーズベルトは蒋介石の実力を認識し、対日無条件降伏では戦争を長期化させるとして、一日でも早く日本を降伏させるために日本への無条件降伏の内容を譲歩する方針を出した。
1945年2月の米英ソのヤルタ会談は中国代表の参加が認められず、ルーズベルトはスターリンに対して蒋介石の承諾なしにソ連の対日参戦や満州の利権確保を認め、朝鮮の南北分割まで取り決めた。これを伝え聞いた蒋介石は独自に日中の二ヶ国間和平交渉である繆斌工作を開始し、ソ連の満州侵入前に戦争を終結させようとした。これには日本側の小磯國昭首相も賛成・期待していたが天皇や重臣の支持が得られず逆に小磯内閣の総辞職を招いた。
1945年になっても中国には支那派遣軍を弱体化させる事は出来ず、1945年のポツダム宣言受諾の際に支那派遣軍総司令官の岡村寧次は「百万の精鋭健在のまま敗戦の重慶軍に無条件降伏するがごときは、いかなる場合にも、絶対に承服しえざるところなり」と無条件降伏に反対した（しかし実際には芷江作戦や湘桂からの撤退戦で中国軍に敗北していた）。
1944年の他方面戦況との比較
イタリアは1943年9月に枢軸国から脱落したものの、日本とドイツは依然として強力な軍隊を保持しており、この2ヶ国を無条件降伏させるのは未だ簡単なことではなかった。西部戦線ではアメリカ・イギリスが6月のノルマンディー上陸作戦でフランスを解放し、さらに12月のバルジの戦いでもドイツの反撃を抑えた。イタリア戦線では6月にローマが連合国軍の手に落ちていた。独ソ戦でもソ連が反攻に転じて勝利を収め、開戦前の領土を回復しドイツ領内に侵攻した(バグラチオン作戦、6月22日 - 8月19日)。8月から9月にかけてはルーマニア、ブルガリア、フィンランドが枢軸国から脱落した。ドイツ国内では7月20日事件が発生した。
アジア太平洋戦線においては、1943年夏頃までは日本軍と連合国軍が一進一退を続けていたが、その後ビルマ方面でインパール作戦以降イギリスが日本に勝利し、マリアナ・パラオ諸島の戦いやフィリピンの戦い (1944-1945年)ではアメリカが勝利を重ねていた。つまり、1944年にはヨーロッパでもアジア太平洋でも他の連合国軍が勝ち進んでいる中で、中国だけが大陸打通作戦で惨敗しており、連合国の中で戦局は最も悲惨であった。中国を強く信頼していたルーズベルトに対し、チャーチルは中国の戦闘能力の低さを、スターリンは中国の戦争貢献の少なさを指摘している。
ビルマ戦線では、スティルウェルの指揮のもと再建された中国軍がミートキーナの戦いや拉孟・騰越の戦いで日本軍に勝利を収めたが、それらの部隊が中国本土に転戦するのは日本軍の敗色が濃くなった1945年になってからである。
本作戦は太平洋戦争末期の日本軍の敗色濃厚な戦局の中で唯一のまともな大勝利を収め、この期間の大本営発表とそれに伴うマスコミの報道は中国戦線での勝利の発表で埋め尽くされた。
1944年9月の大本営発表に至っては、内容の約7割が中国戦線の動向の発表だった。