叶师长率领之198师在滇西的第一仗是负责对灰坡、北斋公房的日军据点发起攻击。该师以592团担负主攻任务，经数天战斗，第592团损失惨重，遂由594团替换攻击。不料594团在进攻时，其团长覃子斌不幸中弹身亡，部队攻击受挫，被迫停止攻势。
对于覃子斌团长的殉国，叶师长悲痛万分，在追悼会上慷慨陈词，激励全师官兵奋勇作战消灭日寇，为国争光，为覃团长报仇。随后叶师长亲临前线指挥战斗，士气为之大振。第二天拂晓，第198师再次组织兵力，通过正面猛攻、侧面奇袭的方式，奋勇前进，终于将日军在贡山的重要据点——北斋公房攻克，完成了上级给予的任务。而198师在此次战役中，阵亡团长1人，营长7人，连、排、班长牺牲者近百，损失不可谓不大。
在198师主力攻占既定目标的同时，叶师长另以第593团抽调两个营组织特遣队深入敌后，奇袭日军补给点——桥头和马面关。这支特遣队在593团团长廖定藩的率领下1944年于5月16日黎明发动突然袭击，其中第2营夺取了桥头日军据点之粮秣被服仓库；第3营攻击马面关，截获日军的骡马输运队。
桥头、马面关的奇袭行动，打开了远征军全局胜利的契机，严重破坏了日军第56师团的后勤补给。但是这一行动也使日军第56师团作拼死一搏，集中兵力对中国军队第20集团军所属各部发动猛烈反扑，第198师在经过一个多月的反击阻击，终于将当面日军击溃，同时亦解救友军预备第2师的危机，并于1944年6月16日协同友军第36师彻底攻占桥头。
第198师在桥头捷报后，亦遭受一定损失，部队已呈疲态。然而全师在叶师长的激励下，毅然放弃休整，以惊人的毅力继续向当面日军发起进攻，并于7月初进抵腾冲，加入到围攻腾冲的战斗中。
腾冲位于腾冲平原中央，城墙方圆4公里、高约5米，宽约2米，为明代大青石条块砌成。城内守敌为日军第148联队主力2025人。
7月2日，第20集团军发起攻击命令后，各路部队对腾冲外围日军据点发起猛烈进攻。其中第198师配合友军第116师攻占5830高地，随后又与日军在饮马河发生激战，在肃清城外日军据点后，该师于1944年7月27日加入到攻城战斗中，并于8月6日炸开城墙与友军一起攻入城内。
但是由于城内日军火力配置复杂，进攻陷入僵局。叶师长在经过战地侦察后认为腾冲城西北两面地形开阔不宜强攻，遂于1944年8月15日请示上级改变部署，以198师对城南发起攻击。此举收到了极大效果，迅速将城内日军压缩至城西北、东北地区。叶师长则因此一提议于1944年9月1日升任第54军中将副军长。
此后，第198师官兵在城内与日军血战40余天，经过反复争夺、白刃肉搏，仍奋勇冲杀，终于在9月14日会同友军将城内日军全部歼灭。然而在这次战斗中，第198师伤亡达6000余人，其中第592团2营5连全连殉国，第593团甚至将团部、营部非战斗单位编组为杂兵连投入了战斗。
第198师在与友军共同收复腾冲后因所部损失惨重，遂由副军长叶佩高率领开赴八莫、遮放地区担负地方守备，并开始长期整训。从此，叶将军离开了抗日战场，再未参加过对日作战。叶将军在率领所部参加滇西反攻的4个多月中，屡立战功，为远征军与驻印军胜利会师创造有利条件。叶将军不仅被升为54军副军长，且获得美国总统杜鲁门的勋章，远征军司令长官卫立煌也提请军委会颁发青天白日勋章与叶将军。
