1940年3月、日本の大本営陸軍部は、参謀本部付元船舶課長の鈴木敬司大佐に対し、ビルマルート遮断の方策について研究するよう内示を与えた。鈴木はビルマについて調べていくうちにタキン党を中核とする独立運動に着目した。運動が武装蜂起に発展するような事態となれば、ビルマルート遮断もおのずから達成できるであろう。
鈴木は「南益世」の偽名を使ってラングーンに入り、タキン党員と接触した。そこで鈴木はオンサンたちがアモイに潜伏していることを知り、彼らを日本に招くことを決意する。オンサンたちはアモイの日本軍特務機関員によって発見され日本に到着した。これを契機に陸海軍は協力して対ビルマ工作を推進することを決定し、1941年2月1日、鈴木を機関長とする大本営直属のビルマ独立支援の謀略を担当する特務機関「南機関」が発足した。

日本陸軍南機関は、は、1940年（昭和15年）から翌年7月にかけて、アウンサンら30人のタキン党員を密かに亡命させた。
​1941年2月から6月までの間に、脱出したビルマ青年は予定の30名に達し、ビルマ青年アウンサンらは、南機関の支援を受けて、日本軍占領下の海南島で軍事訓練を開始した。南機関としては、訓練を施したゲリラ要員をビルマに帰国させて、ビルマ公路の遮断工作をさせる計画であった。1941年の夏頃に武装蜂起させるという計画を立てていた。
しかし1941年の夏には、ドイツ軍のソ連進攻や、日本の南部仏印進駐とこれに対するアメリカの対日石油禁輸など、国際情勢の緊迫の度は深まっていった。このような情勢下、ビルマでの武装蜂起の計画にも軍中央から待ったがかけられた。それまで大本営はビルマへの進攻は考えておらず、南機関の活動は南方作戦計画とは無関係に進められていた
1941年（昭和16年）12月8日に太平洋戦争が勃発して日本とイギリスが戦争状態に陥ると、アウンサンらは、南機関とともにタイ領バンコクに拠点を移し、ビルマ独立義勇軍（BIA）の編成に着手した。12月28日に宣誓式が行われ、タイ在住のビルマ人約200人を主力とするビルマ独立義勇軍が結成された。南機関員や現地商社員の義勇兵など日本人74人も参加した。独自の階級制を敷き、軍司令官には南機関長の鈴木敬司大佐がビルマ名でボーモージョー大将を名乗って就任、アウンサン（階級は大佐）らは参謀などとされた。日本から支給された小火器で武装し、専用の軍服なども支給された。
ビルマ独立義勇軍は、1942年（昭和17年）1月3日から、ビルマ侵攻作戦に参加した。任務の重点は、戦闘よりも民衆工作に置かれた。ビルマ独立義勇軍は、占領地各地で志願兵を募って軍事訓練を施しつつ前進した。一部では敗走中のイギリス軍と交戦した。3月25日には、首都ラングーンで4500人による観兵式を行った。4月には日本人将兵が指揮系統から外れ、軍事顧問としての立場に退いた。ビルマ攻略戦終結時には、ビルマ独立義勇軍の総兵力は約2万7千人に激増していた。
1942年6月には、クリーク地帯での作戦用に、兵力30人の小規模な海軍が、ビルマ独立義勇軍の下に設置された。元イギリス海軍兵が主体だった。現在のミャンマー海軍の起源とされる。

1942年7月、ビルマ独立義勇軍は解散となり、3個大隊（2800人）からなるビルマ防衛軍（BDA）が創設された。ビルマ防衛軍は、自治政府の下ではなく日本軍の補助部隊としての地位にあり、第15軍兵備局に隷属した。アウンサンらに同情的だった南機関は、解散させられた。将来的には1万人程度の規模まで拡大することを予定し、日本軍指導下での幹部養成のため、ビルマ幹部候補生隊も設置された。幹部候補生隊の卒業生の一部は、日本の陸軍士官学校へと留学している（第1期生からは30人が陸士57期に編入）。
 
1943年（昭和18年）8月、日本の指導下で「ビルマ国」（首班：バー・モウ）が独立すると、ビルマ防衛軍は、その国軍であるビルマ国民軍（BNA）に移行した。軍事担当の官庁として国防省が置かれ、アウンサンが国防相に就任。後任の軍司令官にはネ・ウィン大佐が就くなど、国防省や軍の要職は独立義勇軍初期からの面々が占めた。

しかし、ビルマの独立が名目的であったことに不満を持つ軍幹部が多く、密かに抗日組織が軍内部に構成されていった。ビルマ防衛軍時代の1942年末にはすでに反日的傾向が表れていたが、その後、「独立」してビルマ国民軍となってから反日傾向は顕著となった。インパール作戦の失敗でビルマ戦線での日本軍の劣勢が明らかになった1944年（昭和19年）8月には、アウンサンらも加わった抗日組織「反ファシスト人民自由連盟」（AFPFL）が、ビルマ共産党などと協力して結成された。カレン族などの少数民族もこれに加わり、連合国側との連絡も密かに始まった。イギリス軍は、特務機関136部隊（en:Force 136）を通じて工作を行った。
ビルマ国民軍は、インド国民軍のように自ら進んで戦列に加わることはなかった。日本政府からの戦闘への協力要請は遅くまでなかった。1945年（昭和20年）1月に軍事顧問部長に桜井徳太郎少将が着任すると、イラワジ会戦の戦況が悪化する中、ビルマ国民軍の前線投入がついに発案された。検討の結果、3個大隊3000人の派遣軍を遊撃戦や後方支援用として出動させることになり、3月17日にラングーンで出陣式を行った。このほか、桜井少将は、大規模な民兵の整備などを構想していた。
出陣式を終えたビルマ国民軍であったが、すでに抗日軍事蜂起を決意していた。これ以前に、メイクテーラ駐屯の第5歩兵大隊は、イギリス軍が接近した1945年2月28日には大隊長に率いられて集団脱走しており、3月8日には北部の一部の部隊が公然と反乱を開始していた。

3月27日、アウンサンは、全軍へ、バー・モウ政権に対する反乱を命じ、ビルマ国民軍は日本軍への全面攻撃を開始した。なお、アウンサンは、指導を受けた日本人軍事顧問の殺傷は避けるよう指示していたが、徹底されなかった。
1945年5月、交渉の末に連合国軍の指揮下に入った旧ビルマ国民軍は、ビルマ愛国軍（PBF）と改称した。
6月15日にラングーンで行われた戦勝パレードにも参加した。
8月の日本軍との停戦成立後、ビルマ愛国軍はもともと連合国側だったカレン族部隊などと統合された。旧ビルマ国民軍兵士からは5個大隊が編成された。再編後の軍に残れなかった旧ビルマ国民軍将兵の多くは、アウンサンの指導下で民兵である人民義勇軍として温存された。1948年のビルマ連邦独立後、内戦を経て、ネ・ウィン中将ら旧ビルマ国民軍将校が政権を掌握する。そのため、ビルマ国民軍の流れは、軍事政権下のミャンマー軍に受け継がれている。



1941年12月8日、日本はアメリカ、イギリスへ宣戦布告し太平洋戦争が開始された。開戦と同時に、第33師団および第55師団を基幹とする日本軍第15軍はタイへ進駐し、ビルマ進攻作戦に着手した。まず宇野支隊（歩兵第143連隊の一部）がビルマ領最南端のビクトリアポイント（現在のコートーン）を12月15日に占領した。
南機関も第15軍指揮下に移り、バンコクでタイ在住のビルマ人の募兵を開始した。12月28日、「ビルマ独立義勇軍」（Burma Independence Army, BIA）が宣誓式を行い、誕生を宣言した。
タイ・ビルマ国境は十分な道路もない険しい山脈だったが、第15軍はあえて山脈を越える作戦を取った。沖支隊（歩兵第112連隊の一部）は1942年1月4日に国境を越えてタボイ（現在のダウェイ）へ向かい、第15軍主力は1月20日に国境を越えてモールメン（現在のモーラミャイン）へ向かった。BIAも日本軍に同行し、道案内や宣撫工作に協力した。日本軍は山越えのため十分な補給物資を持っていなかったが、BIAとビルマ国民の協力により、給養には不自由せずに行動できた。さらにビルマの青年たちは次々とBIAへ身を投じた。
モールメンを含むテナセリウム（現在のタニンダーリ管区）を守るイギリス軍は英印軍第17インド師団だった。しかしこの部隊は準備不足で、日本軍の急襲を受けて退却に移り、2月22日、アーチボルド・ウェーヴェルは逃げ遅れた友軍を置き去りにしたままシッタン川の橋梁を爆破した。日本軍はサルウィン川とシッタン川を渡って進撃し、3月8日首都ラングーン（ヤンゴン、現在の首都はネピドー）を占領した。

アメリカとしては、ヨーロッパでの戦局を有利に導くためには、蔣介石政府の戦争からの脱落を防ぎ、100万の日本軍支那派遣軍を中国大陸に釘付けにさせ、日本軍が太平洋やインドで大規模な攻勢を行えないような状況を作ることが必要だった。蔣介石政府への軍事援助は、1941年3月以降は「レンドリース法」に基づいて行われるようになった。さらにアメリカは、志願兵という形を取って、クレア・リー・シェンノートが指揮する航空部隊「フライング・タイガース」をビルマへ進出させた。アメリカ政府はジョセフ・スティルウェル陸軍中将を中国へ派遣した。スティルウェルは中国で駐在武官として勤務した経験が長く、事情に通じ中国語も堪能だった。蔣介石はビルマルート確保のために遠征軍を送ったが、アメリカ政府は遠征軍をスティルウェルの統一指揮下に置くよう要求し、蔣介石も実質上の指揮権を留保しつつこれに同意した。中国軍はビルマ中北部に到着し、ウィリアム・スリム中将が指揮を引き継いだビルマ軍団、シェンノートの率いるフライング・タイガースとあわせて体勢を整えた。

日本軍では、シンガポール攻略が予想以上に順調に進展したことから兵力に余裕が生じていた。そこでビルマ全域の攻略を推進することとし、第18師団と第56師団をラングーンへ増援した。両軍の戦闘は各地で激戦となった。
だが4月29日に第56師団がラシオ（現在のラーショー）を占領して中国軍の退路を遮断し、5月1日に第18師団がマンダレーを占領すると、連合軍は次第に崩れ始めた。第56師団はビルマ・中国国境を越えて雲南省に入り、5月5日怒江の線まで到達した。中国軍は怒江にかかるビルマルートの命脈「恵通橋」を自ら爆破した。
連合軍は総退却に移った。中国軍の大部分は雲南へ、孫立人をはじめとする一部はスティルウェルと共にフーコン河谷を経てインドのアッサム州へ脱出した。スリムのイギリス軍とビルマ総督レジナルド・ドーマン＝スミスはチンドウィン川を渡りインパール方向へ退却した。5月中旬からビルマは雨季に入り、連合軍の退却は困難をきわめた。将兵は疲労と飢餓とに倒れ、多くの犠牲者と捕虜が残された。5月末までに日本軍はビルマ全域を制圧した。

援蔣ルートは実はもうひとつ残っていた。アッサム州のチンスキヤ飛行場からヒマラヤ山脈を越えて昆明へ至る「ハンプ越え」（The Hump）と呼ばれる空輸ルートである。危険性が高く、輸送量は月量5,000トンが限度だったが、人と物資の往来は続けられ中国軍は戦力を蓄えていった。

日本軍は撤退した連合軍に更なる打撃を与えるために、イギリス領インド帝国の要衝カルカッタ（現インド・コルカタ）への爆撃を12月から実施した。カルカッタへの爆撃は1944年の12月まで複数回行われた。

開戦時には日本軍はビルマの全面占領までは意図しておらず、第15軍は軍政部を持っていなかった。那須義雄大佐を長とする軍政部が設置されたのはラングーン占領後である。5月13日、マンダレー北方のモゴク監獄から脱出していたバー・モウが日本軍憲兵隊によって発見された。これまでオンサン（アウンサン）もビルマの指導者としてバー・モウを推奨していたこともあって、8月1日、バー・モウを行政府長官兼内務部長官としてビルマ中央行政府が設立され、長官任命式が行われた。
BIAはビルマ作戦が終了した時点で23,000人に膨張していた。規律は弛緩し、部隊への給養も問題となっていたためBIAは解散された。選抜した人員をもって「ビルマ防衛軍」（BDA）が設立された。
日本軍は戦勝後のビルマ独立を予定し、ビルマ国民の軍政への協力を要求する一方で、批判的な民族主義者や若いタキン党員の政治参加は抑圧した。
 
泰緬鉄道
タイ・ビルマ国境のテナセリム丘陵（英語版）北部のビラウクタウン（英語版）サブレンジには、イギリスによる鎖国政策のため、鉄道はおろか満足な道路も整備されていなかった。日本軍は補給ルート確保を目的として山脈を越える全長約400キロの鉄道を計画し、建設工事は1942年6月から開始された。工事の指揮は鉄道第5連隊および第9連隊が取り、作業員として捕虜62,000人、募集で集まったタイ人数万人、ビルマ人18万人、マレー人8万人、蘭印人4万人が参加した。日本軍は人海戦術による突貫工事を要求し、雨季の間も強引に工事を進めた。作業現場ではコレラが流行し、約半数とも言われる大量の死者を出した。こうした犠牲のうえに、鉄道は1943年10月に開通した。