当台北入城仪式隆重举行的时候，第108轻装甲师、第13和第39海军陆战旅以及投诚起义的台湾守备第1旅团等部队则在东北军轰炸机群的掩护支援下继续对溃败的日军穷追猛打。安藤中将在万般无奈下决定将部队残部集结分散于台湾中部和南部的山丘林野间与中国军队打游击战和消耗战，试图最大限度地延迟中国军队的进攻速度。但安藤中将又很快绝望地发现，自己此举和一千五百年前淝水大战中的苻坚一样，诱敌深入完全变成了开门揖盗，其充量仅仅是在垂死挣扎而已。拥有制海权和制空权的东北军通过航母舰队和空军运输机群源源不断地将后续兵力和军用物资运入台湾，而日军的处境却已经是举步维艰。日益窘迫。加上东北军的轰炸机群整天没完没了地盘旋在日军的头上，将日军后退的重要桥梁、铁路通道、储存物资的军火库给炸得天翻地覆，使得日军的弹药粮食等补给很快陷入匮乏瘫痪状态，溃败乱流中的日军接连一批又一批地被后面海潮般汹涌追来的中国军队给鲸吞蚕食掉。在这种“牛刀杀鸡”的凶猛攻击下，新竹、台中、花莲、彰化、嘉义、台南等一连串战略要地和台湾的重要城市在短短一周之内纷纷落入中国军队之手。东北军前锋部队很快就逼近了高雄港。
从台北到台南一路丢盔弃甲损失惨重的日军仍然妄图作困兽之斗，10月15日，安藤利吉中将将第123师团和第101联队残部的7500余人全部撤入台湾南部的阿里山东部山脉中，准备依托这里的山峦屏障和崎岖的山道等地理优势继续负隅顽抗直至战至最后一兵一卒为止。但不等日军在山内构筑好简易的防守工事，东北军第108轻装甲师和台湾守备第1旅团共两万余兵力便在八十多架战斗机和轰炸机的空中支援下发动了猛攻。
尽管遭到了东北军炮兵部队和空军部队长达一个小时之久的炮击和轰炸，但死伤惨重的日军面对滚滚开来的东北军坦克部队却仍然没有放弃抵抗，大批的日军伤员纷纷组成“肉弹”部队进行自杀性攻击，使得中国军队的进攻付出了很大的代价。16日夜间，另一路东北军的第13海军陆战旅闪电般轻取高雄市并占领了高雄军港，港内日军机场上残余的二十多架战斗机和轰炸机在东北军即将攻入机场的时候纷纷抢先升空，飞入夜空中并赶赴阿里山助战。安藤中将在四面楚歌黔驴技穷的情况下，断然命令投完炸弹的日军飞机不准回到琉球机场或日军在华南占领区内的机场，而是全部撞向中国军队的阵地实施敢死进攻，并为之取名“神风敢死队”。
虽然“神风敢死队”给对此毫无防备的中国军队造成了很大损失，但仍然没有阻挡得了台湾日军灭亡时刻的到来。激战至17日下午，日军兵员死伤殆尽，火炮、战车、轻重机枪、迫击炮等重武器基本全部被炸毁，而弹药也陷入了枯竭之中。傍晚5时整，安藤利吉中将等十五名日军将佐级军官在设立在山坳里的指挥室内集体切腹自杀。失去指挥的日军残余千余人很快被中国军队尽皆歼灭，小部分逃入了山林。日本台湾第十六任总督中川健藏则在高雄官邸内被生擒，不过由于他治理台湾多年来“颇有政绩”且没有参加日军对台湾的屠杀和镇压活动，所以被东北军以礼相待并通过驻华日本领事馆将其遣送回了日本。
10月18日上午，中国东北边防部正式宣布：台湾战役结束！台湾胜利光复！消息传遍大江南北后，顿时举国欢腾，全国陷入了一片热烈庆祝的海洋中。
收复台湾后的东北军海军只是略微休整了一下，艨艟舰队便再次乘风破浪纵横中国海疆之上。22日上午，东北军第13海军陆战旅以及陆军第5、第10摩托化步兵旅分批于三亚港口登陆，展开了收复海南岛的战役。在当地国共敌后游击队的配合下，东北军鏖战至11月1日，陆续歼灭了驻海南岛日军之第109师团大部约9000余人，并击毙其师团长松浦淳六郎中将，日军残部则通过海口港仓惶逃往了广东雷州半岛。海南岛胜利收复！消息公布后，全国军民士气民心再次振奋不已，必胜的信念充满了每个中国人的心头。
十一月五日，东北政府对全国通电宣布并向国民政府递交了政府申请公函：台湾岛以及其附属的澎湖列岛、兰屿群岛、钓鱼岛、赤尾屿等诸东海岛屿共同设立为中国台湾省，省会城市为台北市，全省暂时归属中国东北行政区管辖治理；海南岛以及其附属的东沙群岛、中沙群岛、西沙群岛、南沙群岛等诸南海岛屿共同设立为中国琼湾（海南的旧称）省，省会城市为海口市，全省暂时归属中国东北行政区管辖治理。这样，台湾省和琼湾省继南朝鲜省和北朝鲜省后成为了东北的第九个和第十个省份，中国东海（包括渤海、黄海和原东海区域）和中国南海也随着台湾、琼湾掌握在了东北军的手里而成为了东北军海军的控制海域。东北军海军司令部奉张学良指示随即下令在台湾省基隆市和琼湾省三亚市分别建立东北军东海舰队基地和东北军南海舰队基地（注：中国东北的官方文献和军方资料中所指的“中国北海”就是日本海以及朝鲜海峡）。控制了台湾省和琼湾省，不但让东北增加了近900万人口以及约5.5万平方公里的陆地面积和将近500万平方公里的海域，使得张学良控制了中国的半壁江山，还让东北从此获得了大量东北内地缺乏或直接没有的重要战略物资，比如琼湾省特产的天然橡胶、稀有药材植物、水晶石、钛矿石、稀土矿石、可燃冰、煤炭、海底石油等重要矿产资源以及台湾省盛产的稻米、糖类、亚麻、棉花、烟草、番薯、海产品等粮食作物。但对于此次参加台湾战役和琼湾战役的东北军陆海军官兵以及空军航空兵们来说，他们最惊喜最开心的事情的则是在这里大开眼界且大饱口福了一通，要知道香蕉、菠萝、芒果、甘蔗、荔枝、槟榔、柠檬这些热带水果可是在处于北纬温寒带地域内的东北内地根本见都见不到的稀罕物。
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