中国驻印军攻克密支那后，部队进行休整扩编，由新一军扩编成两个军，即新一军和新六军。孙立人任新一军中将军长，下辖新三十八师和新三十师(后廖耀湘新六军回国增援国内抗战，其五十师编入新一军)。
1944年10月，反攻缅北的第二期战斗开始。中国驻印军由密支那、孟拱分两路继续向南进攻。孙立人率新一军为东路，沿密支那至八莫的公路向南进攻，连续攻取八莫、南坎。1945年1月27日，新一军与滇西中国远征军联合攻克中国境内的芒友，打通了滇缅公路。随后，孙立人指挥新一军各师团继续猛进，3月8日攻占腊戍，3月23占领南图，24日占领细胞，27日攻克猛岩，胜利结束第二次缅甸战役。
孙立人和他的新三十八师、新一军，在远征缅甸，协同盟军抗击日本侵略者的战斗中，东征西讨，迭克强敌屡建战功，其运用的战术、显示的战力为国内外各方充分肯定和高度赞扬。当时的国际舆论界赞誉孙立人为“东方的隆美尔”。
1945年7月，孙立人率新一军返抵广西南宁，准备反攻广州。同月，应欧洲盟军最高司令艾森豪威尔之邀，孙立人赴欧考察欧洲战场。8月15日，侵华日军投降。9月7日，孙立人率军进入进入广州，接受日军第二十三军投降。嗣后，新一军进行了休整和扩充，成为国军五大主力之一，号称“天下第一军”。10月，美国请中国派出一支由5万人组成的军队，协助盟国占领日本，并特别希望派遣孙立人的新一军去。然而，此时蒋介石正准备把新一军派往东北打内战，不愿分军占领日本。
