佔據主動地位的我軍在7月9日，出色發揮機動性強的優勢，掉頭直取宜蘭縣，將臺灣島北部地區攔腰切斷，使臺北除了北部依靠海洋還能獲得一點日本的援助之外，南北方向的日軍已經完全失去了聯繫，使得首尾難以相顧。
同一天台灣海峽風暴突起，風力達8級，給我軍帶來很大損失，在彰化縣的登陸地段的a號人工港，浮動碼頭解體，沉箱斷裂，十字形鋼製件相互碰撞而嚴重受損，在雲林縣的登陸地段的b號人工港，由於受到海底礁石的保護作用，損失較小，只有4個沉箱被毀，在登陸灘頭，我軍共有5艘坦克登陸艦，1艘大型人員登陸艦，1艘油船，3艘駁船，7艘拖網漁船，37艘登陸艇被大風颳沉，1艘炮艦和1艘渡船因相互碰撞而損壞，還有一些艦船因洶涌的風浪引爆了日軍佈設的水壓水雷而被炸傷，狂風暴雨還將近200艘小型登陸艦艇拋上陸地，這迫使我軍的卸載中止了整整五天，使1萬輛車輛，5萬噸物資無法按計劃上陸。
風暴造成的物質損失大大超過了十三天作戰中的損失，並迫使我軍的後勤補給出現嚴重困難，如果日軍能抓住這一千載難逢的戰機，進行反擊，戰局極有可能改寫，可惜當時日軍在我軍前期的猛攻中實力大損，兵力僅僅能勉強進行防禦，日軍南北兩條戰線雖從中部地區調來剛從戰場撤下來整編的那些個守備師團和國民保衛師團，該兩種師由於臺灣島境內的鐵路和公路遭到飛機轟炸的嚴重破壞，部隊集結機動都很困難，無法及時到達，再加上士氣低落，難以承擔大型的作戰任務，所以錯失了這一絕好時機。
7月10日，我軍有3個師推進到距桃園縣僅8公里處，桃園縣位於臺灣島北部，是臺灣北部最大軍用機場所在地，日軍在這一地區築有混凝土野戰工事，還利用河流和水渠設置反坦克障礙，在城郊部署有20個設在暗堡裡的炮連，其中15個是口徑120mm以上的重炮，這些火炮既可向海上目標射擊，又可控制內陸道路。雖然這些火炮都非常陳舊，甚至還有很大一部分是甲午戰爭時期的後鏜鋼炮，只是兵力不足，因爲前一時期的戰鬥已消耗了大量有生力量，桃園縣的城防司令部把勤雜人員編入戰鬥部隊，才勉強湊起2個乙等聯隊的兵力。
7月11日，我軍爲保全港口、機場和居民區等重要基礎設施，以廣播敦促守軍投降，但遭到日軍軍拒絕，於是我軍決定對桃園縣實施強攻。
7月12日，我國空軍進行攻擊前的航空火力準備，出動500架次飛機對桃園縣築壘地區和軍事實施密集轟炸，投彈600噸，隨後我軍3個師從南面發起猛攻，日軍殊死抵抗，激戰到7月14日，桃園縣城防司令部已耗盡了手裡面所有的預備隊，前線的這些指揮官致電臺北要求空投勳章和印有天皇簽字的護身符，授予有功人員以激勵士氣，仍準備死守到底，爲儘快攻下桃園縣，美軍迫切需要海軍提供艦炮火力支援，可惡劣天氣使得艦炮火力支援直到7月15日纔開始。
海軍派出3艘戰列艦，4艘巡洋艦，11艘驅逐艦組成艦炮支援編隊支援地面部隊，我第7師師長鑑於遠距離超視距打擊的不精確性，爲避免艦炮誤傷己方部隊，要求軍艦除提供召喚射擊外，只能對射擊軍艦的日軍炮火還擊，取消了其他一切遠距離艦炮射擊，海軍軍艦進行了長達七小時的艦炮射擊，極其有效壓制了日軍炮兵火力，在強大的海空軍火力支援下，我軍第7師於7月15日黃昏衝入了桃園縣市區，次日，桃園縣的所有日軍部隊宣佈投降，但個別同主力失去聯絡的據點和那些甲等師團出身的正規部隊仍負隅頑抗，我軍使用坦克和轟炸機協同攻擊，將日軍殘部逐步壓縮到桃園縣城最西北端，7月19日最後據點裡日軍被迫投降，至此，我軍佔領整個桃園縣築壘地區，臺北的大門已經向我軍敞開在奪取桃園縣的戰鬥中，我軍傷亡達1.5萬人，日軍傷亡被俘約3.6萬人，此戰是我軍開戰以來損失最爲嚴重的一戰。
桃園縣雖被佔領，卻已是一片廢墟，早在7月7日，也就是我軍登陸的第二天，日軍就預料到我軍必將不惜一切代價奪取桃園縣，立即開始有計劃毀掉桃園縣的碼頭、防波堤、起重機等港口設備都被一一炸燬，港口水域裡遍佈水雷，還用沉船堵塞航道，機場也被完全破壞，在佔領桃園縣後我軍的一位工兵專家看了桃園縣的基礎設施的毀壞情況，憤怒的說道：“這是歷史上最周密、最徹底的破壞，日本鬼子這種行爲是在犯罪！”
我軍一佔領桃園縣就派出大批工兵、打撈分隊、掃雷艦艇進行清除工作，足足花了三個星期，掃除133枚水雷，打撈起20艘沉船，這才恢復了桃園縣沿岸的港口的吞吐能力，7月26日，盟軍從桃園縣沿海的一個碼頭卸下第一艘運輸船物資，7月底，桃園的日卸貨量已達1500噸，到8月日卸貨量又上升到3000噸，爲我軍最後的勝利打下了堅實的基礎，也爲後來的琉球羣島的攻防戰打牢了根基。
就在我軍攻佔桃園縣的同時，我軍原本的佯攻部隊的第2集團軍，於7月16日以4個師的兵力發起代號爲“黎明”的作戰，猛攻臺南，於當天中午攻佔了日軍在嘉義和臺南邊界地區的築壘區域，並繼續向前推進，但在左右兩翼都受到日軍甲等師團第12師團的堅決反擊，前進非常艱難，7月17日，我軍經一番苦戰，擊退日軍的反擊，佔領日軍在兩翼的陣地，先頭部隊第11裝甲師控制了幾條河流上的橋樑，7月18日，我軍主力渡過幾條河流，建立起正面寬3650米，縱深900米的橋頭陣地。
7月19日，日軍集中3個守備師團的兵力發起反擊，我軍的空軍乘着天氣晴朗的有利條件大舉出動，對日軍反擊部隊實施了極其猛烈的轟炸，瓦解了日軍的攻勢，我軍第11裝甲師乘機佔領臺南地區東南的一處戰略要地，被日軍命名爲112的高地，日軍深知112高地的重要價值，隨即組織多次反撲，但均未得手，7月20日，日軍集中所有炮火，全力炮擊112高地，在猛烈炮擊下，我軍士兵由於後繼乏力難以堅守，只好放棄112高地撤到高地不遠的河岸邊，日軍雖奪回了112高地，但還沒等他們大肆慶祝，就開始一直在我國空軍的猛烈打擊下，無法集中使用所有的部隊，也就發揮不出日軍部隊獨有的集團衝鋒巨大的突擊威力，一般只能使用200名步兵和1，3輛坦克組成小型戰鬥羣進行短促出擊，難以取得勝利，加上幾天來坦克損失約60輛，又得不到補充，日軍爲確保臺南城，只好放棄外圍一些陣地，將全部100輛坦克中的70輛部署於臺南的近郊，我軍在佔領臺南地區的一個野戰機場後，也因爲兵力不足裝甲部隊推進太快再無力推進，雙方陷入對峙。
到七月底，盟軍已上陸15個師，其中8個摩托化步兵師，5個裝甲師，2個陸戰師，共30萬人，但是部隊增多，物資需求加大使得我軍後勤運輸部隊仍覺得登陸灘頭太狹窄，便繼續擴大登陸場，我軍爲保障日後能展開大規模的裝甲部隊，取得有利的進攻出發陣地，我軍第1集團軍在攻佔桃園縣後馬不停蹄立即揮師北進和掃蕩周邊地區。
8月3日，南部地區的我軍集中7個師中的四個師的兵力，向登陸場正面德軍約3個師團發動猛攻，因前進的道路上是大片沼澤和臺南地區特有的樹籬地形，易守難攻，加上天氣不佳空軍也無法出動，所以進展緩慢，在五天裡才前進6.4公里，而傷亡高達2000人，接下來足足經七天的浴血奮戰，又付出3000人的傷亡才推進4.8公里，傷亡如此之大，主要是前進的道路兩側都是沼澤，只能展開1個師的兵力，在遍佈地雷、障礙物的道路上粉碎日軍的頑抗步步推進。
8月11日，南線我軍向臺南地區重要的交通樞紐臺南市發動鉗形攻擊，但日軍依託預先構築的工事拼死抵抗，我軍的攻擊未能如願，爲了避免更大的傷亡，於是我軍停止攻擊，整頓部隊，補充彈藥，準備第二輪進攻，而日軍人員、裝備、彈藥所剩無幾，又得不到補充，已是山窮水盡，在我軍隨後發起的第二輪進攻中終於不支，臺南市於8月18日被我軍攻佔，隨着臺南的失守，日軍在臺灣南部地區的守備兵力僅剩下不到四成，重要據點也僅剩高雄一處，還在日軍佔領下的地區也僅剩高雄、屏東和臺東的一部分，北部也只剩下臺北地區和宜蘭的一部分，局面更爲被動不利，