美军在西南太平洋战场取得节节胜利的同时，在北太平洋战场也是凯歌高奏。是年5月至8月，美军北太平洋第8舰队司令金凯德海军少将和两栖部队司令弗朗西斯·罗克韦尔少将率领步兵第7师，在54艘舰船、250架飞机的支援下，在北太平洋发动攻势，收复阿留申群岛，毙敌司令官崎保代大佐以及3000名官兵。
在上述一连串胜利的基础上，太平洋舰队司令切斯特·尼米兹上将根据参谋长联席会议制定的“硬币”作战指令，决定组织中太平洋部队实施第一次登陆作战，登陆吉尔伯特群岛，于是引发了美日双方争夺塔拉瓦的生死之战。
在吉尔伯特群岛的珊瑚群中有一处最大的环礁，这就是塔拉瓦岛。从空中看，塔拉瓦岛呈等腰三角形状，一边边长35公里，其余两边各为25公里，连绵不断的暗礁在低潮时才露出水面。
塔拉瓦环礁是典型的从已下沉的火山堆上发育起来的大洋性环礁。由于地壳运动，火山岛沉入海中，岛周围的珊瑚盘渐渐露出水面，形成了环礁。投入海中的火山岛顶部变成了一个泻湖，形成一个天然良港。海浪打碎了脆弱的珊瑚礁，又渐渐把它们磨成灰白色的珊瑚沙，形成礁坪，只要略加修整，就是一座飞机场。
本来，塔拉瓦岛鲜为人知，只有在太平洋探险家的航海日志或殖民地征服者的书中，才能找到它的名字。太平洋战争爆发后，吉尔伯特群岛以其独特的地理位置使其战略价值大增，成为美日争夺的焦点。
塔拉瓦位于珍珠港西南方向约2200海里，位于特鲁克东南约1000多海里。它的西面是加罗林群岛，北面是马绍尔群岛，均被日军占领。1942年8月，日军占领塔拉瓦后，在那里修筑了一个机场，对美军从珍珠港到中南太平洋的海上交通形成了很大的威胁。美军为在太平洋进行1943年反攻作战，就必须拔掉这个前进中的障碍。
日军在瓜岛惨败后，痛感要想确保太平洋孤岛，除了加强岛屿的地面防御兵力以外，还要整备基地，以便于移动和集中航空兵力，围绕将来出现的孤岛攻防战，实施舰队决战。于是，日本战时大本营决定采取“确保要域”的防御战略，即在西南方向以拉包尔为核心的俾斯麦群岛建立一条防线。对防线两翼的前哨要地布报维尔岛、肖特兰岛、新乔治亚群岛、马绍尔群岛和吉尔伯特群岛全力固守，以阻止盟军的反攻。
从1943年初，日本海军就向上述各守备岛屿增兵。2月25日，日本海军编成第3特别基地，负责担任吉尔伯特群岛、瑙鲁、大洋岛一带地区的防务。
担任第3特别基地司令的海军少将柴崎惠次，出生于小商人。从军35年来，虽然付出过比别人多得多的艰辛，却仍无大的建树。与他同期的许多将领，都在这场“圣战”中比他多缀上了一个将花，唯有自己仍默默无闻。每逢想到这些，他身上那种一定要捞本、要出人头地的小商人的遗传基因就开始起作用。现在机会终于来临了，这就是固守塔拉瓦环礁。
柴崎手中的兵力并不多，作战部队官兵只有2619人。后来，海军临时抽调第111轻工兵联队（1247名官兵）和第4舰队工程队（970名官兵）上岛修工事，被他强留下来守岛，算是加强了防御力量。
他手中的装备亦不充足，各种口径要塞炮20门，各种口径野炮25门，坦克7辆，13毫米机枪31挺，这就是他的全部家当。
但他长于算计，他想用坚固的工事和重点部位防守来弥补兵力和装备的不足。他把与塔拉瓦紧密相邻的贝莱奥岛作为防御重点，以重兵防守。他驱赶从朝鲜强征来的劳工在该岛上夜以继日地抢修工事。他们把岛上大块土地掘成密密麻麻的土拨鼠洞，然后盖上椰木和波纹铁皮，再覆盖上珊瑚沙，构成隐蔽暗道、地堡和暗火力点。每个重要支撑点都配置了机枪、火炮和坦克，构成控制海滩的交叉火力网。
在贝蒂奥岛中央修筑了一个有3条跑道的机场，跑道四周是高射机枪阵地，必要时，100多挺高射机枪可以平射攻击机场的敌步兵。
沙滩和浅水处的礁盘是障碍区，设置了许多人工暗礁，专门用来防止敌登陆艇冲滩。布满地雷的海滩构筑了要塞炮阵地，每隔300米配置一门岸炮，都是从新加坡运来的缴获英军的8英寸维克斯炮。
日军以为塔拉瓦固若金汤，号称“东京玫瑰”的日本英文播音员户粟郁子小姐，用她那甜甜的嗓音，警告欲向中太平洋进攻的美国官兵：“美国人即使派遣100万大军打上100年，也别想占领塔拉瓦。”
为进攻吉尔伯特群岛，美军从1943年7月起就进行积极准备，先后在埃利斯群岛修建了轰炸机机场，在埃利斯群岛和菲尼克斯群岛的埃顿岛和贝克岛等地布置了岸基航空部队，对驻新西兰的海军陆战队第2师和驻夏威夷的步兵第27师进行了登陆作战训练。从9月至临战前，美军航空母舰特混大队及岸基航空部队，有计划地袭击了吉尔伯特群岛及其周围的日军重要航空基地，特别是对拉包尔的多次攻击，使日军联合舰队受到惨重损失，再也无力抵抗美军在吉尔伯特群岛和随后在马绍尔群岛发起的攻击。
美军进攻吉尔伯特群岛的目标是马金岛、塔拉瓦环礁的贝蒂奥岛和阿贝马马岛。担任这次登陆作战任务的是美陆战第2师和步兵第27师。担任掩护和支援的各型舰只200余艘，各型飞机1000余架。
11月20日，由步兵27师的一个团及其配属支援部队组成的北路突击队，由陆战2师组成的南路突击队，分别对马金岛和贝蒂奥岛发起攻击。3时15分，海军陆战队第2师第一批登陆部队，登上两栖登陆艇。此时贝蒂奥岛上一片寂静，5时7分，寂静的贝蒂奥岛上空蹿起两颗红色信号弹，日军的岸炮群对准美军舰船开了火。强大的美军舰队开始反击。只见“马里兰”号战列舰抖动了一下，主炮炮口吐出橘黄色的火焰，在空中划开一道红色弹道，把16英寸口径大炮的炮弹送上贝蒂奥岛。紧接着，“科罗拉多”“田纳西”“新墨西哥”“印第安纳波利斯”“宾夕法尼亚”“密西西比”“爱达荷”号等战列舰、巡洋舰也加入了这壮观的炮击大合唱。
炮击如此猛烈、持久，爆炸物在空中乱舞，犹如瀑布从天空倾泻而下，整个贝蒂奥似乎就要崩溃在海上的烟雾之中。
5时15分，美舰载机呼啸着掠过登陆舰队的上空，向贝蒂奥扑去，投下大批炸弹，贝蒂奥再次淹没在烟火中。第一波次结束，第二波次接踵而至。空中轰炸持续了一个小时，贝蒂奥早已面目全非。海滩上翠绿挺拔的椰子树不见了，代替它的是一根根焦黑的树干，有气无力地歪斜在那里，冒着呛人的余烟。有的树还在燃烧，犹如一根根巨大的蜡烛。
日军开始利用岸炮进行对射，但与美军相比，显得软弱无力。柴崎司令官决定停止炮击，把打击的重点放在登陆美军身上。
然而这一切美军却不知道。6时30分，美军听不到日军的炮击后，认为岛上已剩不下生灵了，于是停止射击，准备登陆。
7时20分，当登陆美军进入射程之内时，日军的枪炮响了，顷刻间几艘登陆艇被击沉，油污的海面漂浮着一片灰色的美军士兵的尸体。美国官兵起初还以为是自己的炮火误击，可是，当他们明白是日本人的炮火时，惊得目瞪口呆：日本人怎么有如此旺盛的生命力！
登陆舰队乱哄哄地缩了回来。美军强大的火力又开始发威，暴露了的日军炮兵阵地几乎全部被摧毁。9时整，登陆信号升起，排好阵列的两栖装甲车吼叫着向岸边冲去。此时，日军从岛上的各个暗堡内露出炮口，机枪、火炮轰鸣着，把一张张死亡之网抛向美国人。早潮退去，海滩上布满了被日军射杀的海军陆战队官兵的尸体。
9时20分，美军又对贝蒂奥岛恢复了海空轰炸。炮火延伸后，陆战队员们又开始抢滩登陆，各种登陆艇、两栖装甲车一拥而上，经过艰苦的激战，终于抢滩成功。
在第二次抢滩登陆中，一位叫霍金斯的中尉，他的名字永远和太平洋上的这座孤岛连在一起。霍金斯带领的突击排在第一次抢滩回撤稍事休整后，又坐上登陆艇担任第一梯队上陆的任务。登陆艇开足马力，向滩头驶去。可是，艇长慌乱中忘记了方位，登陆艇便在离海岸700米的地方撞上礁盘，再也开不动了。霍金斯马上意识到，触礁的登陆艇很快就会成为日本人的活靶子，于是急忙命令突击排泅水上岸。话音刚落，一排排47毫米的高炮炮弹呼啸着平射过来，他的两名士兵连哼一声都没来得及就倒在了血泊中，鲜血溅了霍金斯一身。他带领部属跳进大海，没命地向岸上游去。但敌炮火猛烈，许多人中弹，海上泛起一片血水。
9时20分，霍金斯和他的突击排终于靠近了岸边，沙滩前是一片开阔地，开阔地背后的那道海堤上筑有许多日军火力点，机枪和大炮就架在上面。美军飞机和舰炮用了3000吨钢铁炸药也没有把这些堡垒摧毁，这个任务只得留给海军陆战队的士兵们去完成了。
霍金斯的突击排刚一上岸，就遭到海堤上的敌机枪火力阻击。霍金斯负伤了，鲜红的血从伤口中流出。他趴在岸上，指挥部下用手榴弹连续炸毁了日军几个暗堡。可是，海堤上又露出几个暗堡，疯狂的机枪火力把美军压制在开阔地上，陆战队官兵伤亡惨重。
就在霍金斯和他的部下爬进一个刚刚炸掉的暗堡躲避日军的机枪扫射时，他们意外发现了一个洞。试着往里钻去，原来是通向各暗堡的地道。顺着地道前进，他们发现了敌人的一个暗堡，暗堡中日本射手正瞄准搁浅在礁盘上的两栖装甲车和登陆艇拼命射击，每打一排枪弹，就狂呼一阵，竖起大拇指相互叫好。霍金斯见此情景，怒不可遏，他拖着伤腿，咬紧牙关，把手中的炸药包奋力扔了过去。一声巨响，敌人的机枪哑巴了。
正在这时，死神突然降临在他的身上，一名被震伤的日本兵苏醒过来，挣扎着举起枪，向霍金斯射出一颗致命的子弹。霍金斯再也没有爬起来，然而他却为战友们前赴后继抢滩上岸打开了通道。战后，美军为纪念这位勇士，将贝蒂奥机场命名为霍金斯机场。
美军虽已突击上岸，但贝蒂奥岛的机场仍在日军手中。突击上岸的美军十余辆坦克徐徐向机场驶去，随着坦克炮的一声声巨响，一个个日军火力点被消灭。但是日军很快从震惊中恢复过来，机场上的反坦克炮叫起来，冲在前面的两辆美军坦克中弹起火，后面的坦克打算绕过这两辆坦克继续向前冲去，不料却开进日军的反坦克雷场，又有几辆坦克瘫在那里不能动了。这时，冲上跑道的陆战队员失去了坦克的掩护，又成为敌人机枪的靶子，不断地有人中弹倒下来。
消灭敌人的火力点成了生死之战。为了求生，为了胜利，陆战队员豁出去了。在日军的一个机枪火力点，两名日本士兵把着一挺重机枪疯狂地向外射击，枪管打得通红，一名士兵找不到水，干脆解下裤带，往钢盔里撒了一泡尿，浇在枪管上，一股尿臊气随热风腾起。这时，美军一个士兵挺身而出，一个点射，机枪哑了，刚才撒尿的那名日军还没来得及系上裤带就被打翻在地，浑身赤裸着死在机枪旁。陆战队员纷纷跳入日军阵地，同敌人展开激烈的肉搏。一阵激烈的肉搏之后，美军终于拿下了机场，阵地上的日军全部战死。
美军守住了机场主跑道，迎来了登陆后第三天的黎明。6时15分美军驱逐舰和舰载机又对贝蒂奥岛东部的日军阵地实施了猛烈的轰炸和炮击。炮击轰炸过后，美军发起了冲击。与其说是冲击，不如说是打扫战场，因为阵地上已无四肢健全的日军了。
11月24日清晨，斯普鲁恩斯率领一大批将军登上塔拉瓦环礁，视察战场。将军们被这个面积仅有290英亩的小岛上发生过的残酷战斗震惊了。霍兰将军下岛后追忆道：“我想象不出来他们是如何攻占塔拉瓦的。这是我所见到过的防御最完备的岛屿。昨天我走过战士们跟前，看见他们变苍老了，似乎比他们的父辈还要老，肮脏，满脸胡子，面容憔悴，两眼无光。他们经受住这场严峻考验而活下来了，但是心灵上遭受到了严重的打击，他们不敢相信自己真的还活着。这些年轻人的脸上没有笑容，只有消极的、死里逃生而感到宽慰的神情。”
塔拉瓦之战，美军伤亡3000余人，付出了沉重的代价。日军被击毙1690人，仅有117人被俘。
美军夺取上述小岛之后，便迅速修建、扩建机场。到1943年底，美国飞机已能从这些小岛上起飞了。这就为美军向马绍尔群岛进军提供了空军基地。
美国在吉尔伯特群岛的塔拉瓦之战重创日本海军的同时，欧洲战场也发生了重大变化——苏联红军在斯大林格勒战役中击败了德军。这个胜利非同小可，它引出了两件举世震惊的大事：一是意大利事件。7月10日，英美军队在西西里登陆，战火终于烧到意大利本土上来了。意大利军心动摇，罗马已被英美空军炸得疮痍满目，景象凄惨。7月14日，墨索里尼召开法西斯党最高委员会会议。墨索里尼第一次发现他在会上成了众矢之的，会议以19票对8票，决议恢复君主立宪制，把军队的指挥权交还给国王，墨索里尼当时还认为，决议只是决议，他还是他。不料，7月25日夜，国王在皇宫召见墨索里尼，毫不客气地对这位在意大利横行了20年的独裁者说：“我亲爱的领袖，再这样下去没有任何好处了。意大利已经分崩离析，士兵们都不愿再打下去，眼前你是意大利令人憎恨的人，我必须将你逮捕。”不待墨索里尼分说，国王的卫队就把他押了起来，装进一辆救护车，直接开往监狱。墨索里尼的垮台使全国人民拍手称快，很快成立了一个以巴多格利奥元帅为首的新政府，法西斯党也宣布解散。新政府于9月29日在马尔他岛向英美联军签了投降书，同时对德宣战。
二是引起了美英新的联合行动——开辟第二战场。到1943年底，反轴心国联盟的各个盟国都在不同的时间，以不同的方式，送走失败的黑暗，迎来了胜利的曙光。11月28日，就在美军吉尔伯特战役占领塔拉瓦岛的当天傍晚，同盟国首脑美国总统富兰克林·罗斯福、英首相温斯顿·丘吉尔、苏联部长会议主席约瑟夫·斯大林在伊朗德黑兰商定：1944年5月，在法国北部开辟第二战场。会后，罗斯福断定，迅速开辟第二战场必须加快太平洋战争步伐。于是1943年底，美军又拟订了向太平洋腹部挺进，攻占马绍尔群岛和马里亚纳群岛的作战计划。
第一次制定中太平洋攻势计划时，麦克阿瑟将军就曾反对过，他指出，夺取有坚实防御的岛屿代价太大，并用日军在中途岛的防御作为例子说明他的观点。
塔拉瓦岛血战使麦克阿瑟有了发挥他的观点所需的借口，他希望参谋长联席会议指示尼米兹在夺取马绍尔群岛之后，取消在中太平洋的继续行动，让第5舰队调头南下，支援他攻击棉兰老岛的行动。在1944年1月28日至29日举行的这次会议上，麦克阿瑟的代表轻而易举地就说服了太平洋行动委员会总部的官员们，他们都反对占领马里亚纳群岛。尼米兹接受了到会军官们的建议，表示将很好地保证这些建议的实施。这样“三巨头”聚会后，美国刻不容缓地实施了攻击马绍尔群岛的计划，这个计划最初要求对马绍尔群礁中两个离珍珠港最近的马洛埃拉普岛和沃杰岛，以及日军在该群礁中部的夸贾林岛总部同时进行攻击。
指挥第5舰队参加吉尔伯特群岛作战的军官们，仍将指挥这支部队参加对马绍尔群岛的进攻。1月31日，美军占领了接近罗伊—那莫尔和夸贾林岛的小岛，并在岛上部署了炮兵，把登陆海滩控制在其射程之内。当天白天和晚上，新组建的水下爆破队，对通向海滩的道路进行了侦察。第二天凌晨，即2月1日，登陆部队在对目标岛屿进行最后的轰炸之后，向指定的海滩前进，水陆两用装甲车与步兵登陆艇和两栖坦克一起冲向海滩，陆战队一上岸便很快地占领了两个岛。2日下午宣告两个岛全部被占领。
执行攻击罗伊—那莫尔行动的是哈里·史密斯少将的新组建的陆战队第4师。他们没有打过仗，直接从美国来，没有适当的机会进行登陆演习。结果有196人阵亡，550人受伤。
在夸贾林岛登陆的是查理斯·H。科利特少将的第7步兵师，他们面对的是一支相当强大的守军，而且由于已选定在该岛最窄的西端作为登陆点，因此他们不得不在狭窄的地段向前推进。当他们全部占领该岛时，有177人阵亡，约1000人受伤。
因为战斗进行得比较顺利，斯普鲁恩斯没有将1万人的陆战预备队投入使用，所以他可以不失时机地加紧占领接近马里亚纳群岛的埃尼威托克环礁。埃尼威托克环礁处于一个暴露的位置，距马里亚纳群岛只有1000海里，距波纳佩岛不足600里，距特鲁克岛不到700海里。由于特鲁克岛有着坚固难以攻破的名声，人们把它比做“太平洋中的直布罗陀”。为避免影响埃尼威托克的作战行动，米切尔从第58特混舰队中抽出3个大队向西南去攻打特鲁克岛。最后，米切尔以损失25架飞机和5艘航空母舰受重创的代价，用他的舰船和飞机击毁了大约200架敌机，击沉15艘军舰以及19艘运输船和5艘油船。
接下来，米切尔便率领两个大队奔向马里亚纳群岛。但他们在离岛很远时就被敌军发现了，他们使用防空火炮配用炮瞄雷达无线电引信，使敌机无法攻击美国军舰。随后美军对塞班岛、提尼安岛和关岛发起了攻击，至少击落150架敌军轰炸机。
与此同时，史密斯的部队已经占领了埃尼威托克环礁的3个主要岛屿。由于他们夺取马绍尔群岛所取得的战绩，米切尔、史密斯、特纳和斯普鲁恩斯每人都晋升了一级。米切尔还被任命为太平洋快速航空母舰编队司令。
攻占马绍尔群岛和协同作战的成功，使尼米兹上将疑虑顿消，他知道第5舰队不仅可以占领马里亚纳群岛，还可以支援麦克阿瑟。这时，他又收到金上将要求他攻占马里亚纳的信。美国的战略家们在深思熟虑之后也认为：攻占马里亚纳，可以引发日军对美军下一步行动猜测不定，加深日本人的恐慌，而美军却将由此获得选择进攻目标的主动权。
3月12日，美参谋长联席会议下达了关于马里亚纳战役的指令，名为“征粮者战役”。为实施这个战役，尼米兹组建了“联合远征军”，由特纳海军中将任远征军司令。为了加快太平洋战争的进程，尼米兹用一套班子进行计划、整训，另一套班子进行作战，两套班子交替进行，两个战役之间的间隔就缩小了。
1944年6月6日，当盟军在欧洲开始了人类历史上最大的登陆战——诺曼底登陆的时候，在中太平洋战场上，斯普鲁恩斯海军上将指挥威势显赫的第5舰队，以米切尔的庞大的第58特混编队为开路先锋，向马绍尔群岛的马来罗基地出航了。紧接着，535艘战斗舰艇和辅助舰载运着4个半加强师，总计有12757人以及大量作战装备，从四面八方浩浩荡荡地杀向马里亚纳群岛。
此时此刻，日本大本营也闻到了一场恶战的腥风。就军事力量和军事潜力而言，美国拥有强大的优势。在这种情况下，要想挫败美海军咄咄逼人的攻势，急速改变战局，唯一的办法就是进行一次海上大决战，发动一场像珍珠港那样的战役，一举夺回制海权。于是，日军制订了“阿”号作战计划。
5月3日，日本联合舰队司令长官丰田大将在东京湾的旗舰“大演”号上接到大本营“阿”号作战指令：集中我大部分决战兵力，准备在敌军主要反攻的正面，一举歼灭敌舰队，以挫败敌军的反攻企图。
5月下旬，麦克阿瑟的部队在新几内亚岛北面的比阿岛登陆，日军首先于6月3日下达了“浑作战”命令，6月13日被迫停止，其间两次出击，均遭惨败。
在日海军向比阿岛进行“浑作战”之际，美海军部队主力突然出现在马里亚纳海域。6月11～12日，米切尔的第58特混队在关岛以东170海里的海面上，出动了469架舰载机，对塞班岛、提尼安岛、关岛以及罗塔岛等日军基地和机场进行了狂轰滥炸。日军基地航空兵遭到了非常沉重的打击，损失飞机不下500余架。
空袭给了丰田当头一棒，使他从一相情愿的迷梦中惊醒，加之6月13日，米切尔又派出7艘新型快速战列舰去轰击塞班岛和附近的提尼安岛，因而丰田断定，美军矛头所向肯定是马里亚纳方面。6月15日晨，丰田大将下达发动“阿”号作战的决战令。
几乎就在这同一时刻，史密斯中将指挥美海军陆战队第2、第4师于8时30分对塞班岛大举登陆。这是因为，攻占马里亚纳群岛必须开辟塞班岛和关岛作为前进中的海军基地。
塞班岛全长14英里，多山，以塔波乔山为最高。岛上有日本守军3.2万人，属斋藤义次中将指挥的第43师团。
登陆前，海军和空军对该岛进行了最后两小时的炮击和轰炸，接着，陆战队8个营的官兵乘着两栖坦克，在4英里宽的正面向滩头推进。
八千勇士在20分钟之内就上了岸，但他们马上发现，舰炮和航空兵的火力准备很不够；敌人的隐蔽工事依然如故，反击猛烈。日军在海滩后面和两侧修建了大量的迫击炮和机枪掩体，在山上安置了炮群，当美军陆战队员刚刚踏上海岸时，这些掩体里的枪炮猛烈开火，美军伤亡惨重。15日这一天有2万人上了岸，伤亡达10%。入夜时，陆战队员攻入岛内的进度，只达预定目标线的一半。
16日凌晨3时，日军出动36辆坦克、1000名士兵向滩头袭来。军官们挥舞着军刀，率领士卒吼叫着冲下高地，妄图把美国海军陆战队赶下海。见此情况，美军驱逐舰对准日军猛烈轰击，使之伤亡3/4.师团长斋藤打消了反攻的企图，但他仍妄想帝国的海、空军能打垮美国舰队，为塞班岛解围，决心固守待援。
16日，美陆军第27师在塞班岛登陆。17日，美军在坦克和炮兵的支援下，战胜了敌人的激烈抵抗，开始全线推进。18日，陆战队第2师到达东岸，步兵第27师占领了机场。19日，陆战队第2、第4师开始向塞班岛北部猛进。
就在6月19日这一天，美、日两国舰队进行了“菲律宾海海战”（日本称为“马里亚纳海战”）。
6月15日，当美军开始在塞班岛登陆时，联合舰队司令长官丰田副武命令第1机动舰队驶向马里亚纳水域，同美国舰队进行决战。小泽治三郎指挥的机动舰队以9艘航空母舰为中心，于6月19日晨到达塞班岛西面海域，准备在这里击溃美国舰队。
6月15日18时35分，美“飞鱼”号潜水艇发来急电：在菲律宾的贝纳迪诺海峡附近发现庞大的日本舰队。同日19时45分，美“海马”号潜水艇又在菲律宾的苏里高海峡以东约200海里处发现了日本战列舰北上。
斯普鲁恩斯预感到一场空前的大海战已不可避免，即刻下达了攻占关岛的命令，同时又速从特纳手中抽调了8艘巡洋舰和21艘驱逐舰来加强米切尔的第58特混编队。留下7艘战列舰、3艘巡洋舰和14艘驱逐舰掩护塞班岛的登陆场。
18日黄昏，美舰队在战区海域发现了日本舰队。米切尔建议星夜西进，以便在19日凌晨与日舰交战。但是，斯普鲁恩斯在与参谋们讨论了一小时之后，决定不去迎击日舰队，命令中说，主要目标是“攻下、占领和守住塞班、提尼安和关岛”。
这时，小泽已把美舰队情况摸清，他一声令下，日航空母舰逆风疾驶，甲板上飞机的引擎发出雷鸣般的轰响，决战的时刻来到了！从8时30分至11时整，小泽舰队分4个波次，出动飞机300余架，对美舰队实施了4次空中打击。真可谓阵势齐整，规模空前！日本人沉醉在即将来临的胜利喜悦之中。
几个小时过去了，捷报却如石沉大海，军官们个个显得焦虑不安。到12时30分，第一攻击波的几架日机狼狈不堪地飞了回来带来了噩耗。原来，19日上午10时，美战列舰雷达在距离150海里的位置上搜索到进袭的日机，米切尔立即下令出击，300余架美舰载机紧急腾空，前往迎敌。激烈的空战随即在距离美航空母舰群90海里的空中爆发。一位美飞行员说：“日本飞机像树叶一样地往下落。”激战至10时57分，日机群已被打退，43架日机被美击落，美方仅损失数架飞机。
一波刚过，一波又起。30分钟后，规模更大的第二攻击波的128架日机又黑压压地出现在断云之间。美航空母舰“爱塞克斯”号飞行大队长D。麦坎普贝尔海军中校首先率机投入空战。他驾机一次又一次地冲进日机群，以猛烈的炮火，击落4架日机。其他美战斗机队员也不甘示弱，舍生忘死地参加了攻击。激战正酣时，竟有15架日机同时中弹起火，其残骸如同燃烧着的火炬一样坠入大海。日机只有31架得以生还。
而后第三攻击波的47架日机27架被击落，第四攻击波的82架日机共损失73架。
在激烈的空战中，斯普鲁恩斯也从未放松过对关岛和罗塔岛日本机场的监视，他曾三次派舰载机将机场炸得坑坑洼洼，使其无法使用，停在机场上的日机大部分被炸毁。
这次马里亚纳海空战持续8小时，美军出动300多架战斗机，只有23架被击落，6架失踪。日本先后出动373架飞机，仅有130余架逃离战场。另外，关岛的岸基飞机损失50余架，加上随日本航空母舰沉没的飞机，仅6月19日一天，日机共损失315架。
不仅如此，在这次战斗中还有另外精彩的一幕。19日上午8时许，美潜艇“大化鱼”号意外地发现一个令人垂涎欲滴的猎物——小泽的旗舰，日军新型装甲航空母舰“大风”号。其标准排水量为3.2万吨，舰长253米，宽28米，约载100架飞机。日本海军吹捧它“是一艘不沉的航空母舰”。
当时，日机正一架接一架飞离甲板，前往攻击美舰队，突然，“大风”号上的观测兵发出惊恐的喊叫：“发现敌人潜艇！”只见一架潜望镜在海面上划开“人”字形浪尾，向“大风”号逼近，并不失时机地采用大扇面射击角度，连连发射了6枚鱼雷，然后迅速下潜。第6枚鱼雷终于准确地击中“大风”号的燃料舱。“大风”号初时仍能继续航行，后因进水太多而逐渐倾斜。中雷后6小时，“大风”号突然发生了惊天动地的内部大爆炸。15时32分，“大风”号沉没。
与此同时，美潜艇“吉奇”号也在追猎一个大目标——饱浴战火的大型航空母舰“翔鹤”号。“翔鹤”是参加偷袭珍珠港海战的“老兵”。该舰1937年动工，1939年下水，1941年8月服役，排水量为25675吨，载96架飞机，是日本当时3艘最大的航空母舰之一。
当美潜艇“吉奇”号发现“翔鹤”号之后，便从水下向其接近，抢占有利的攻击阵位。隐蔽地向“翔鹤”号发射了鱼雷。3枚鱼雷命中，巨爆声此起彼伏，大火向四处蔓延，舱室淹没，舰首开始沉入水中。19日15时01分，该舰也葬身马里亚纳海底。
眼见机舰损失惨重，日本前卫司令贾田中将向小泽建议迅速撤退，小泽不同意，坚持要在20日补充燃料继续攻击。不料事与愿违，20日下午，日舰与油船会合时发生混乱，加之美舰队逼近，结果，在风声鹤唳之中，没有一艘日舰能加足燃料。
双方僵持到20日晚，米切尔首先下达了攻击命令。美机要往返700余海里的航程，这是俯冲轰炸机和鱼雷机的极限，但美军飞行编队还是立即出战，并在此次出击中沉重地打击了小泽编队航空母舰，日舰队又损失了65架飞机。美机返航时均已燃料耗尽，飞机一架架地掉在海里，坠毁80余架，丧生49人，其损失是刚刚结束的那场空战的4倍。
美舰由于忙于搭救伤员，耽误了较多的时间，已不可能对日舰再采取行动了。马里亚纳大海战就此结束。
这是太平洋战争中的一场最大的航空母舰之间的决战，日本参战的9艘航空母舰被击沉3艘，另有3艘受伤，日军总共损失了380余架飞机。美国方面的损失，据日大本营发表的公报声称：击沉或重创美航空母舰4～5艘、巡洋舰1艘，击落美机160架，而实际上美方仅有4舰受伤，并无一艘沉没，损失飞机106架。
经此一战，美海军掌握了马里亚纳的制海权和制空权。之后，美舰载、陆基飞机和战舰支援在塞班岛登陆的美军。
而在此时，在塞班岛上，美军地面部队迅速向北部推进。日军龟缩在洞穴里和地下防御工事里负隅顽抗。到6月底，日军粮尽，只好以草根树皮充饥。7月初，日军弹尽粮绝。
6日上午10时，日本中太平洋舰队司令、偷袭珍珠港的前线指挥官南云忠一海军中将和第43师团长斋藤义次中将自杀。斋藤在剖腹之前向残存的日军发布最后一道命令：全体官兵在临死前，每人要“结束7条性命来报效祖国”！7日凌晨，残存日军执行已故将军的最后一道命令。在一片喊杀声中，漫山遍野的日本兵像一群受惊的牛群，扑向美军第27步兵师的阵地。挥舞着军刀的军官们全然不顾机枪的扫射，带头拼死向前冲，连伤病员也拄着拐棍，一跛一瘸地往前冲。最后，由伙夫、打字员和基地人员拼凑起来的几个排也冲过去送死。8日上午，美军调来了推土机，挖了一个大坑，埋下4000多具死尸（日本史料为3000多人）。有组织的抵抗就这样结束了。
但惨剧还在后面。数以千计的日本平民和幸存的日军隐藏在塞班岛北岬的山洞里。美军通过扩音器用日语向他们喊话，劝他们投降，但千呼万唤不出来。他们误以为美国人会把他们杀光。7月9日，他们进行了惨绝人寰的大规模自杀：妇女和小孩从800英尺高的山崖上跳下大海，士兵们拉响手中的手榴弹，母亲们抱着婴儿从悬崖上跃入水中，宁死不当俘虏。
在塞班岛争夺战中，日本军民有5万多人死亡。美军伤亡1.65万人，其中3400人阵亡。英美史学家认为，这是美国在太平洋上代价最高的一次战役。
在占领塞班岛之后，美军便对提尼安岛进行了两周的炮击和轰炸。7月24日，美国海军陆战队第2和第4师开始登陆。31日夜，完全占领了提尼安岛，总共伤亡400人。
美军夺回关岛（1898年美西战争后，美军占领了关岛）的战斗费时较多。关岛较大，长28英里，宽4至8英里不等。地势崎岖不平，一带山峰构成了理想的防御屏障，日军防守甚严。美军登陆之前，海空军对关岛进行了13天持续系统的炮击和轰炸。到7月中旬，美军轰炸关岛的飞机约为5500架次，海军发射的炮弹约为1.85万发。仅7月19日这一天，美机就向关岛投弹727吨，发射火箭147枚。两周的火炮摧毁了日军大部分炮垒，日守军士气沮丧。7月21日，美国两栖作战部队新编第3军在关岛登陆。经过一周的激战，美军在关岛升起了美国国旗。8月10日，美军宣布占领关岛，重新夺回了这块属地。但日军散兵游勇的零星抵抗持续了一年以上。最后一名日本士兵直到1972年才投降。
马里亚纳群岛被视为日本在太平洋上的防波堤，美军突破这道防堤之后，就切断了日本同加罗林群岛的联系。同时，美军取得了后勤基地、潜艇基地和空军基地，为此后海空军作战和直接轰炸日本本土创造了非常有利的条件。