戰鬥經過
18日拂曉，劉放吾部署113團在英軍輕戰車及火炮支援下進攻北岸日軍。。至午後擊潰當面日軍，迫使第9中隊撤退到拼牆河以南(一說爲高延大隊兩中隊)。3營隨即渡河追擊，試圖殲滅該部日軍，但爲南(左)岸日軍(第9中隊)所阻。
同時，南面撤退而來的英緬軍第1師一部(據日軍判斷，兵力約4000人，15輛坦克、大炮15門、至少300輛汽車)首先與中井部隊前方據點接觸，隨即向作間部隊主力發起攻擊，試圖突破仁安羌。但因仁安羌附近地形高低起伏交錯，且溝壑縱橫，極度不利於裝甲部隊作戰。英緬軍雖猛烈攻擊，但未能打通公路，直到黃昏停止攻擊。撤退途中的英緬軍第1師本來士氣低落，加之被日軍切斷退路和水源，雖有優勢兵力，但無力獨自打通退路，請求中國遠征軍繼續攻擊。
33師團收到截獲英緬軍第1師主力的消息後加速進軍，步兵214聯隊第1大隊(德重大隊)18日傍晚首先與中井部隊會師。其他部隊也預計於20日會師仁安羌一帶，聚殲英緬軍。
18日黃昏，苦戰一天後的作間大佐整理部隊，將所有部隊(包括前出的中井大隊和高延大隊，以及來增援的德重大隊)都集結於仁安羌東北角。此時仁安羌一帶日軍總共只有214聯隊加山炮兵第3大隊，另外1個工兵小隊和衛生隊等等少量輔助部隊。
19日拂曉，被困英緬軍再次集中全部火力，猛攻東北角，北面國軍也同時加強兵力發起攻擊。日軍以1箇中隊增援北面渡口，另以德重大隊向側背突進逆襲。
應英方要求，劉放吾最後決定，以右翼1、3營爲主攻，左翼2營爲佯攻掩護。18日深夜劉放吾派113團1、3營在2營掩護下涉水偷渡，於凌晨在南岸展開。拂曉發起攻擊。1營、2營在英軍裝甲部隊和炮兵全力協同下，與英緬軍南北夾擊，攻入仁安羌核心油田區，英軍裝甲部隊也攻入三岔路口，但無力再突破日軍封鎖。113團與日軍增援部隊反覆爭奪501高地，三失三得，於14時完全攻克501高地，3營營長張琦在戰鬥中犧牲。劉團長指揮113團佔領控制整個戰場的501戰略高地，再於午後三時攻入最後一道封鎖線敦貢村，自此油田區全部爲我軍克復，英軍主力得以突圍而出，被俘官兵及被困英美傳教士、記者和僑民等亦陸續被救出 。
根據遠征軍第一路軍司令長官羅卓英和林蔚20日分別致蔣介石密電，19日戰鬥日軍傷亡500餘，國軍傷亡百餘，英軍傷亡不詳。據孫立人回憶錄，本次作戰第113團參戰人員1121人，陣亡204人，傷318人。另據邱中嶽，日軍傷亡千餘，國軍傷亡522人。至於隨軍的孫克剛《緬甸蕩寇志》和王楚英回憶錄等等所云“日軍遺屍1200餘具”，殊不可靠。
戰後，113團在仁安羌以南佈防，師直屬隊和112團於20日黃昏到達拼牆河北岸佈防。日軍方面，荒木部隊和原田部隊分別於19日下午和20日凌晨到達仁安羌。20日上午113團在仁安羌以南與日軍增援部隊接觸。孫立人於20日下令，準備21日發起進攻，但英緬軍軍團長斯列姆轉來密函，告知第5軍已然轉進。孫立人被迫下令梯次掩護撤退。21日日軍第33師團佔領仁安羌
作戰評價
不得不承認，英緬軍這種殖民地部隊的戰鬥力，遠不如正牌的英國陸軍，7000英軍被3000日軍就給切斷了退路。究其原因，從戰略上說，整個緬甸英軍從上到下戰鬥意志不強，保住印度纔是英國遠東戰略的重中之重，緬甸是可以放棄的。從戰術上說，由於空中力量的缺失，英緬軍第1師在撤退時根本沒有覺察到作間部隊的穿插，被突襲後驚慌失措，讓日軍佔領了戰術要點。從後勤上說，日軍切斷了英緬軍的水源，在缺水的情況下作戰，人的戰鬥力也要大打折扣，這一點在英緬軍第1師師長斯考特向英緬軍第1軍團軍團長斯利姆的電報中寫得很清楚。從地形特點來說，仁安羌地貌特殊，出城公路唯一的要道一旦被日軍封鎖，沒有外力增援情況下仰仗機動行進的英軍很難打開缺口突圍，加之追兵隨時趕至，這也是斯利姆緊急求援的主因所在。
日軍作間部隊的迂迴突襲戰術成功，快速穿插打了英緬軍一個大大的悶棍。但由於迂迴兵力不足，日軍在戰略制定時即明確214聯隊主要作戰任務是在北面平牆河一線封堵住英軍退路，待師團主力推進至再共同圍殲英軍。經過多日迂迴日軍也相對疲憊，在面對國軍毫無保留的猛攻下連續敗退，面對中英兩邊夾擊兵力亦不足，最終封鎖線被113團打開，作間不得已主動收縮退到仁安羌以南以等待師團主力增援。
113團早年在湖南長沙、貴州都勻等地整訓磨鍊出較高戰鬥力，招募士兵多爲湖湘子弟，作戰時同心同德，團長劉放吾經歷過兩次淞滬會戰、武漢會戰，實戰指揮經驗豐富，英軍配屬的火炮和坦克戰鬥中也發揮很大作用。18日晨發動攻擊時，平牆河北岸日軍憑藉構築工事固守到午後四時被擊潰，退到南岸憑藉崖壁天險繼續防禦。由於地貌限制，英軍配屬113團的坦克無法渡河掩護步兵進攻，故18日113團只攻破日軍平牆河北岸防線。19日拂曉，113團三個營再趁黑渡河，最後合攏向控制整個戰場的501高地方向猛攻，日軍增援的德重大隊亦投入到501高地，兩軍最後捲入白刃戰。最終還是113團憑藉嚴格整訓爆發出的戰力擊潰日軍，進而攻破日軍敦貢村防線並救出200餘英軍戰俘，黃昏時分英軍主力最終得以突圍而出。傍晚及夜間日軍33師團主力相繼趕至，若非113團戰士們拼力打開缺口，英軍難逃生天。
作戰意義
仁安羌大捷，在軍事上來說是一個奇蹟，中國軍隊以少勝多，以客勝主，以寡救衆，這一仗，不但表現出中國軍隊是有嚴格的訓練和旺盛的士氣，更表現出中國的指揮官有卓越的將才，有優高的判斷能力，有超人的戰術眼光，有膽大心細的斷然處置。充分發揚了中國軍人捨己救人和不背盟信的美德。
作爲中國遠征軍在第一次緬甸作戰期間取得的勝利，仁安羌大捷極大鼓舞當時國人及盟軍士氣，同時挫敗日本帝國主義的囂張氣焰，增強國人對中國軍隊對抗日本軍隊之信心，扭轉西方國家自鴉片戰爭以來對中國軍隊固有偏見和歧視心態，得到英軍乃至整個西方世界的認同和尊重。
此役證明在訓練有素裝備齊整的前提下中國軍人戰鬥力甚至強於日軍。仁安羌作戰成功解救英軍得到英國人尊重，使中國軍隊撤到印度藍姆伽開設訓練營得到英方提供便利，爲日後駐印軍緬北反攻打通援華物資交通命脈創造有利條件。
日軍未能在英緬軍破壞油田之前搶佔仁安羌油田區，也未能殲滅英緬軍第1師主力，從這個意義上說，日軍未能達到作戰意圖，是失敗的。而仁安羌被拯救的英軍部隊得以保存有生力量，經過印度的重組和整訓，後由斯利姆指揮贏得英帕爾會戰勝利，阻斷日軍與德國會師中東計劃，爲二戰整體戰局做出重要貢獻。
