7月9日盟军的舰队在马尔他岛东西两侧集结完毕，10日凌晨2时，空降部队首先发动攻击，美军第八十二空降师和英第一空降师从突尼斯飞向西西里岛。凌晨3时，巴顿将军和蒙哥马利指挥的16万英美登陆大军在1000架飞机掩护下，在西西里岛的西南部和东南部实施登陆。中午十分，巴顿和蒙哥马利各自登上自己的预定目标。
7月11日，西西里岛守军开始反攻，德国的第十五装甲师对蒙哥马利的第八集团军开始进攻，阻止其向奥古斯塔移动。德国的装甲步兵和意大利两个摩托步兵师对巴顿的第七集团军进攻。德国的空军也开始轰炸盟军的登陆部队，尽管盟军的飞机前来截击，但由于很快就混战到一起，地下的盟军也开始不分目标的射击，结果发生了自己攻击自己的空军的悲惨情况。一天后，德军坦克已经攻击到距美第七集团军滩头部队不到两公里的地方，巴顿不得不来到前线，亲自指挥战斗，海军也开始用猛烈的炮火迎接德军的坦克部队。最后，德军在损失了大量的坦克后选择了撤退，美军攻占了杰拉城，随后英第八集团军也占领了锡腊库扎。
德意的统帅凯瑟林分析形式后，知道已经无法挽回败局只好采取了拖延时间的方式作战，以希望通过墨西拿海峡退到意大利的卡拉布里亚。希特勒政府将驻在卡腊布里亚的第二十九装甲师和驻法国的第一空降师调往西西里岛，以阻止第八集团军威胁岛墨西拿。同时，东部的卡塔尼亚也增派了德国的装甲师和空降兵，恩纳、埃德纳西南德军也都加强了军事力量。
7月13日，蒙哥马利指挥盟军从突尼斯出发，空降卡塔尼亚开始。但是德军的抵抗能力超出了蒙哥马利的预想，德军始终都掌控着从卡塔尼亚到墨西拿的海岸公路。蒙哥马利没有其他办法，只能选择抽调部分军队从埃德纳火山去攻击墨西拿。
与此同时，巴顿派由布莱德率领的第二军在西西里岛支援英军作战，凯斯将军则率领一个暂编军攻占西西里岛的首都帕勒摩。7月22日，美军攻克克帕勒摩，俘获大量意大利俘虏。而就在巴顿将军为取得的战果而洋洋得意的时候，蒙哥马利却在两个攻击方向都陷入窘境，被德军和意大利军队完全拖住手脚。
在这样的情况下，巴顿决定先发制人，夺取胜利果实，布莱德雷的美第二军在攻占北部的佩特拉里亚后，开始进攻墨西拿，同时艾伦指挥的美军一师也向特罗伊纳进攻，但显然德军的能力被低估了，艾伦很快就败阵勒。7天后德军放弃勒特罗伊纳，第八集团军也在付出了惨重代价后，占领了卡塔尼亚，开始向墨西拿方向进军。但是德军已经做好了撤退计划，他们一路炸毁桥梁，还埋下大量地雷。8月10日，德军在盟军没有完成占领墨西拿的情况下，开始向敦克尔克撤退，一周后，完成了敦克尔克大撤退。随后，美军和英军两国的军队先后进入墨西拿城，登陆西西里岛战役宣布成功，从此盟军经过畅通无阻地中海地区开辟欧洲战场。
西西里岛战役中，盟军共伤亡22000多人，德意军队伤亡33000多人，还损失了大量的飞机、坦克。但是，德军成功完成了敦克尔克大撤退，保存了有生力量。不过意大利的退出战争还是让盟军达到了部分战前计划。但随着意大利的退出战场，希特勒占领了意大利。
当然在西西里登陆战前，盟军利用驻守在西西里岛的意大利士兵有反战情绪的思想，还采取了心理战，就是利用“传单炮弹”的方式展开心理攻击。这些传单上被写着：希特勒政府的最终目的是将意大利变成血与火的战场，而你们意大利不过是被利用的对象等等内容。同时拿着飞机投下的传单，意大利士兵可以到盟军这里投降，并领取到食品。这一招非常有效，很多意大利士兵在这样的心理战面前主动放下器械，而已经投奔盟军的那些意大利士兵还对此在自己的部队里宣传，因为有些人对这些传单的有效性尚有疑虑，通过那些弃暗投名的士兵的宣传则打消了这些士兵的疑虑，甚至一度出现这种投降传单不够用的情况。这些战前心理战的成功，也为盟军的顺利登陆创造了前提条件。一位负责心理战的美军官员曾经说过：“散发传单几乎与空袭有着同样的致命的打击力量。每散发一批传单，就等于同时在拯救同样大量的美国士兵的生命。”因此，对于西西里岛登陆战的成功，也被誉为“纸弹”起的作用。
在这次战役中，盟军虽然制订勒欺骗、伪装等战术，并充分发挥了海空权的优势，取得了最后的胜利。但是，盟军还是暴露了一些问题，在拥有绝对海空优势的条件下，却未能完全发挥作用，致使德国的主力军队和武器撤离西西里岛，其次，在战斗的过程中还发生了盟军舰队误击自己的运输机的事件，这也是盟军协调不利的表现。此外，由于作战登陆准备不足，登陆部队缺乏有针对性的战前训练，使得战争初期盟军的进攻显得缺少组织性。
但无论怎样，西西里岛登陆战为以后的登陆战役提供了宝贵的经验，为诺曼底登陆战的胜利打下了良好的基础。