占据主动地位的我军在7月9日，出色发挥机动性强的优势，掉头直取宜兰县，将台湾岛北部地区拦腰切断，使台北除了北部依靠海洋还能获得一点日本的援助之外，南北方向的日军已经完全失去了联系，使得首尾难以相顾。
同一天台湾海峡风暴突起，风力达8级，给我军带來很大损失，在彰化县的登陆地段的a号人工港，浮动码头解体，沉箱断裂，十字形钢制件相互碰撞而严重受损，在云林县的登陆地段的b号人工港，由于受到海底礁石的保护作用，损失较小，只有4个沉箱被毁，在登陆滩头，我军共有5艘坦克登陆舰，1艘大型人员登陆舰，1艘油船，3艘驳船，7艘拖网渔船，37艘登陆艇被大风刮沉，1艘炮舰和1艘渡船因相互碰撞而损坏，还有一些舰船因汹涌的风浪引爆了日军布设的水压水雷而被炸伤，狂风暴雨还将近200艘小型登陆舰艇抛上陆地，这迫使我军的卸载中止了整整五天，使1万辆车辆，5万吨物资无法按计划上陆。
风暴造成的物质损失大大超过了十三天作战中的损失，并迫使我军的后勤补给出现严重困难，如果日军能抓住这一千载难逢的战机，进行反击，战局极有可能改写，可惜当时日军在我军前期的猛攻中实力大损，兵力仅仅能勉强进行防御，日军南北两条战线虽从中部地区调來刚从战场撤下來整编的那些个守备师团和国民保卫师团，该两种师由于台湾岛境内的铁路和公路遭到飞机轰炸的严重破坏，部队集结机动都很困难，无法及时到达，再加上士气低落，难以承担大型的作战任务，所以错失了这一绝好时机。
7月10日，我军有3个师推进到距桃园县仅8公里处，桃园县位于台湾岛北部，是台湾北部最大军用机场所在地，日军在这一地区筑有混凝土野战工事，还利用河流和水渠设置反坦克障碍，在城郊部署有20个设在暗堡里的炮连，其中15个是口径120mm以上的重炮，这些火炮既可向海上目标射击，又可控制内陆道路。虽然这些火炮都非常陈旧，甚至还有很大一部分是甲午战争时期的后镗钢炮，只是兵力不足，因为前一时期的战斗已消耗了大量有生力量，桃园县的城防司令部把勤杂人员编入战斗部队，才勉强凑起2个乙等联队的兵力。
7月11日，我军为保全港口、机场和居民区等重要基础设施，以广播敦促守军投降，但遭到日军军拒绝，于是我军决定对桃园县实施强攻。
7月12日，我国空军进行攻击前的航空火力准备，出动500架次飞机对桃园县筑垒地区和军事实施密集轰炸，投弹600吨，随后我军3个师从南面发起猛攻，日军殊死抵抗，激战到7月14日，桃园县城防司令部已耗尽了手里面所有的预备队，前线的这些指挥官致电台北要求空投勋章和印有天皇签字的护身符，授予有功人员以激励士气，仍准备死守到底，为尽快攻下桃园县，美军迫切需要海军提供舰炮火力支援，可恶劣天气使得舰炮火力支援直到7月15日才开始。
海军派出3艘战列舰，4艘巡洋舰，11艘驱逐舰组成舰炮支援编队支援地面部队，我第7师师长鉴于远距离超视距打击的不精确性，为避免舰炮误伤己方部队，要求军舰除提供召唤射击外，只能对射击军舰的日军炮火还击，取消了其他一切远距离舰炮射击，海军军舰进行了长达七小时的舰炮射击，极其有效压制了日军炮兵火力，在强大的海空军火力支援下，我军第7师于7月15日黄昏冲入了桃园县市区，次日，桃园县的所有日军部队宣布投降，但个别同主力失去联络的据点和那些甲等师团出身的正规部队仍负隅顽抗，我军使用坦克和轰炸机协同攻击，将日军残部逐步压缩到桃园县城最西北端，7月19日最后据点里日军被迫投降，至此，我军占领整个桃园县筑垒地区，台北的大门已经向我军敞开在夺取桃园县的战斗中，我军伤亡达1.5万人，日军伤亡被俘约3.6万人，此战是我军开战以來损失最为严重的一战。
桃园县虽被占领，却已是一片废墟，早在7月7日，也就是我军登陆的第二天，日军就预料到我军必将不惜一切代价夺取桃园县，立即开始有计划毁掉桃园县的码头、防波堤、起重机等港口设备都被一一炸毁，港口水域里遍布水雷，还用沉船堵塞航道，机场也被完全破坏，在占领桃园县后我军的一位工兵专家看了桃园县的基础设施的毁坏情况，愤怒的说道：“这是历史上最周密、最彻底的破坏，日本鬼子这种行为是在犯罪！”
我军一占领桃园县就派出大批工兵、打捞分队、扫雷舰艇进行清除工作，足足花了三个星期，扫除133枚水雷，打捞起20艘沉船，这才恢复了桃园县沿岸的港口的吞吐能力，7月26日，盟军从桃园县沿海的一个码头卸下第一艘运输船物资，7月底，桃园的日卸货量已达1500吨，到8月日卸货量又上升到3000吨，为我军最后的胜利打下了坚实的基础，也为后來的琉球群岛的攻防战打牢了根基。
就在我军攻占桃园县的同时，我军原本的佯攻部队的第2集团军，于7月16日以4个师的兵力发起代号为“黎明”的作战，猛攻台南，于当天中午攻占了日军在嘉义和台南边界地区的筑垒区域，并继续向前推进，但在左右两翼都受到日军甲等师团第12师团的坚决反击，前进非常艰难，7月17日，我军经一番苦战，击退日军的反击，占领日军在两翼的阵地，先头部队第11装甲师控制了几条河流上的桥梁，7月18日，我军主力渡过几条河流，建立起正面宽3650米，纵深900米的桥头阵地。
7月19日，日军集中3个守备师团的兵力发起反击，我军的空军乘着天气晴朗的有利条件大举出动，对日军反击部队实施了极其猛烈的轰炸，瓦解了日军的攻势，我军第11装甲师乘机占领台南地区东南的一处战略要地，被日军命名为112的高地，日军深知112高地的重要价值，随即组织多次反扑，但均未得手，7月20日，日军集中所有炮火，全力炮击112高地，在猛烈炮击下，我军士兵由于后继乏力难以坚守，只好放弃112高地撤到高地不远的河岸边，日军虽夺回了112高地，但还沒等他们大肆庆祝，就开始一直在我国空军的猛烈打击下，无法集中使用所有的部队，也就发挥不出日军部队独有的集团冲锋巨大的突击威力，一般只能使用200名步兵和1，3辆坦克组成小型战斗群进行短促出击，难以取得胜利，加上几天來坦克损失约60辆，又得不到补充，日军为确保台南城，只好放弃外围一些阵地，将全部100辆坦克中的70辆部署于台南的近郊，我军在占领台南地区的一个野战机场后，也因为兵力不足装甲部队推进太快再无力推进，双方陷入对峙。
到七月底，盟军已上陆15个师，其中8个摩托化步兵师，5个装甲师，2个陆战师，共30万人，但是部队增多，物资需求加大使得我军后勤运输部队仍觉得登陆滩头太狭窄，便继续扩大登陆场，我军为保障日后能展开大规模的装甲部队，取得有利的进攻出发阵地，我军第1集团军在攻占桃园县后马不停蹄立即挥师北进和扫荡周边地区。
8月3日，南部地区的我军集中7个师中的四个师的兵力，向登陆场正面德军约3个师团发动猛攻，因前进的道路上是大片沼泽和台南地区特有的树篱地形，易守难攻，加上天气不佳空军也无法出动，所以进展缓慢，在五天里才前进6.4公里，而伤亡高达2000人，接下來足足经七天的浴血奋战，又付出3000人的伤亡才推进4.8公里，伤亡如此之大，主要是前进的道路两侧都是沼泽，只能展开1个师的兵力，在遍布地雷、障碍物的道路上粉碎日军的顽抗步步推进。
8月11日，南线我军向台南地区重要的交通枢纽台南市发动钳形攻击，但日军依托预先构筑的工事拼死抵抗，我军的攻击未能如愿，为了避免更大的伤亡，于是我军停止攻击，整顿部队，补充弹药，准备第二轮进攻，而日军人员、装备、弹药所剩无几，又得不到补充，已是山穷水尽，在我军随后发起的第二轮进攻中终于不支，台南市于8月18日被我军攻占，随着台南的失守，日军在台湾南部地区的守备兵力仅剩下不到四成，重要据点也仅剩高雄一处，还在日军占领下的地区也仅剩高雄、屏东和台东的一部分，北部也只剩下台北地区和宜兰的一部分，局面更为被动不利，