吕宋岛是菲律宾群岛的第一大岛屿，也是菲律宾政治、经济、文化的中心。在莱特岛防御战失利后，山下奉文就将防守菲律宾群岛的赌注压在了吕宋岛之战上。为此，他在该岛集结了25万日军和大量物资、弹药，并拟制了一个完善的纵深防御计划。该计划充分考虑到了日军在海空方面的劣势，不急于同盟军在滩头决战，而是待盟军上岸后，再行包围歼灭。因此，在兵力部署上，该计划根据吕宋岛的地理特点，将25万名日军分三个区域设防：在吕宋岛的北部地区，山下部署了其大部兵力，计14万余人，意在阻止盟军从林加延湾的登陆；在中西部地区，部署了3万人，意在保卫吕宋岛中部和西部的机场；在吕宋岛的南部地区，山下部署了8万余人，意在守卫菲律宾首府及马尼拉湾。
在盟军方面，吕宋岛同样是麦克阿瑟所实施的菲律宾战役的最重要的目标。在莱特岛的地面作战还在激烈进行之时，麦克阿瑟就已制定出收复吕宋岛的作战计划。
1945年1月3日，麦克阿瑟从四面八方集结起来的大舰队驶出莱特湾，向吕宋岛的林加延湾进发。这支舰队除拥有用于运输登陆部队的430余艘船只之外，还有164艘作战舰艇，包括6艘战列舰和17艘护航航空母舰。与此同时，从哈尔西的航空母舰上起飞的飞机以及经中国成都机场加油的第20航空队的飞机猛烈袭击了位于台湾岛的日军机场，而从莱特岛以及新夺取的民都洛岛机场起飞的飞机则试图摧毁日军在吕宋岛的空中力量。
尽管如此，金凯德的舰队在进军林加延湾的途中和登陆之初仍遭到日“神风”突击队的猛烈攻击。1艘护航航空母舰被击沉，另外1艘遭重创，“新墨西哥”号战列舰和1艘重型巡洋舰、4艘轻型巡洋舰及其它2艘舰船都遭到致命的打击，前来观战的英皇家海军陆战队的拉姆斯登中将也在日机的自杀性攻击中丧生。然而，随着哈尔西和肯尼的飞机猛轰吕宋岛及其周围战区内的日空军基地，再加上日军自杀攻击的消耗，“神风”突击队的攻势很快就瓦解了。
1月9日晨，麦克阿瑟的部队抵达林加延预定登陆海滩外，根据命令，克鲁格第6集团军中的2个军共4个师分乘2500余艘登陆艇直扑登陆滩头。由于盟军事先进行了大规模的欺骗活动，再加上日军的防御战术旨在同盟军进行内陆决战，故第一批登陆美军几乎未遇到抵抗。到夜幕降临时，已有6.8万名美军和装备在林加延至达摩提斯之间登陆，并连成了一个纵深7公里的绵长滩头堡。当日，麦克阿瑟将军也乘坐第1军的登陆艇登上了吕宋岛。他再次向部下明确了作战任务：格里斯沃尔德的第14军将向南挺进，解放马尼拉，斯威夫特的第1军则负责保卫其侧翼和后方的安全。
1月10日，格里斯沃尔德的第14军冲出滩头后折而沿吕宋岛中央平原的西部南下。中央平原由吕宋岛东西部两侧的高山冲刷下来的淤泥堆积而成，从林加延湾延伸到内湖湾，南北长约195公里，宽50～80公里。这是整个菲律宾群岛中最肥沃的一块谷地，其间有四通八达的铁路、公路运输网。在第14军南下的第一周时间内，日军限于地形条件只进行了有限的抵抗，使美军顺利前进了60公里，抵达日军沿阿格诺河设置的防线。随后，格里斯沃尔德的2个师在奥唐纳尔兵营—斯图森堡要塞—克拉克机场地区同日军陷入激战。此间，第14军派出1个团的兵力插向邦板牙河泥泞的三角洲地区。
与此同时，斯威夫特的第1军正面临着日军北部集团的强大压力。在圣曼努力埃尔，日军以1个坦克旅为先锋向第6师发起了凶猛的反攻，美军被迫后撤。由于日军的反攻直接威胁着美第14军的后方，因此，麦克阿瑟亲临第6师阵地，同师长多尔顿上校一起稳住了阵势。为了将日军北部集团赶进山区，麦克阿瑟将第6集团军的预备队第25、第32师调至斯威夫特的战线。经激战，第1军成功阻退了日军的反扑，并将日军逼退至北部和中部山区。到1月底，北翼的斯威夫特的部队正穿过圣何塞，以切断吕宋北部凸出部分的日军部队，而格里斯沃尔德的先头部队已经推进到离马尼拉仅20公里处。
为了加速吕宋岛战役，麦克阿瑟决定立即实施战役计划中的南部助攻行动。1月29日，艾克尔伯格的第8集团军第11军受命在吕宋岛三描礼示沿海的圣安东尼奥上岸。由于这次行动完全出乎日军预料之外，因此达成了进攻的突然性，整个行动只遇到了日军的轻微抵抗。这次登陆行动的成功，不仅直接威胁着在马尼拉平原抵抗盟军推进的日军翼侧，而且也有效地阻挡了日军在巴丹半岛的往返调动。到2月5日，已归属第6集团军的第11军控制了通向巴丹的极其重要的关口。随着半岛日军抵抗的增强，第11军遂转向内陆推进，在切断半岛日军同其余地区联系的同时，协助第14军打开马尼拉湾。
1月31日，第11空降师的2个团在斯温少将的指挥下，在马尼拉南面的纳苏格布空降着陆。2月3日，该师的另1个团又被空降到马尼拉以南约50公里的塔盖特突出部。第2天，该师主力到达马尼拉南部外的帕拉尼亚克，却被日军的顽强抵抗所阻。
与此同时，美军第14军的战线也取得了重大突破。1月31日，第40师经数日激战终于肃清克拉克机场和斯图森堡要塞的日军。2月2日，该军先头第37师一部已抵达马尼拉北部的马洛洛—普洛洛一线，做好了进攻马尼拉的准备。为了进一步加强第14军的力量，麦克阿瑟命令美第1骑兵师在林加延上陆，加入该军。2月1日，该师已开进至卡巴纳端地域，并随之迅速南下，执行从另一翼迂回包围马尼拉守军的任务。此间，第1军仍继续在第14军左翼担任压制日军北部集团并将其封锁在邦都山区和东北部的卡加延山谷的重任。
在吕宋岛战役中，麦克阿瑟时刻关心着3年前被俘盟军的命运。鉴于守岛日军的疯狂性，如果不抢先一步解救这些受尽虐待的战俘，其生还的可能性极小。为此，麦克阿瑟专门拟制了一个营救靠近前线集中营战俘的计划。1月29日，盟军进行了第一次营救行动。这次行动的目标是位于圣何塞日军防线后方约56公里的卡巴纳端。入夜，一支由美军突击队员和菲律宾游击队员组成的别动队迅速突破了日军防线，进入卡巴纳端，顺利解救出了集中营内的约500名美军战俘。这次行动使盟军很受鼓舞。2月3日，第1骑兵师响应麦克阿瑟的号召，组织了一支由坦克和机动车辆组成的别动队，受命冲进马尼拉市，并放出被囚于桑托·托马斯大学校园内的约5000名美国平民俘虏。此举的成功使麦克阿瑟产生了错觉，他认为日军在马尼拉的防御十分薄弱，并立即命令美第37师向马尼拉挺进。
事实上，马尼拉仍处于日军的重兵防守之下。守卫马尼拉的日军由岩渊海军少将指挥，其属下有1.8万名海军防守部队和4000余名陆军官兵。岩渊拒绝了山下奉文将军放弃马尼拉的命令，决定死守该城。因此，当美第37师2月4日抵达马尼拉市区时，立即陷入了一场血战。与此同时，美第1骑兵师绕过马尼拉东部向南进攻，很快同美第11空降师由南至北的进攻会合一处，随后这两个师加入了对马尼拉的围攻。
到2月20日，岩渊指挥的日军已被3个师的美军压缩到内城，同山下奉文的日军主力隔断了所有联系。比利比德监狱的美军战俘也已被救出。尽管如此，岩渊仍拒绝投降。考虑到内城70万菲律宾居民的安全，麦克阿瑟禁止盟军使用飞机轰炸日军据点，这更增加了部队进攻的难度。因此，美第37师不得不用炮火把日军从一栋栋建筑物中轰出来，进行逐街逐巷的战斗。3月4日，当岩渊的防御中心因特拉穆罗斯城堡里最后一小股有组织的日军被消灭时，马尼拉古老的内城已变成一片废墟。日军守城部队除数百人被俘外，皆丧命于马尼拉的残垣断壁之中。
在马尼拉激战期间，美第11军继续进行占领巴丹半岛和清除马尼拉湾口处日军的任务。其下辖的第38和第34师受命在半岛的两侧同时推进。2月18日，第38师占领了东部海岸。21日，第34师攻占了西海岸的最后二个据点。至此，巴丹半岛全部解放。
此间，第11军的另一个重要目标是被称之为“东方直布罗陀”的科雷希多要塞。2月16日，在猛烈的空袭和炮击之后，第503空降步兵团首先对该岛西部的高尔夫球场进行了空降突击。随后，第38师一部从巴丹向该岛发动了一次两栖攻击。在粉碎日军的顽强抵抗后，这座要塞于27日被盟军攻破。日本守军大部被埋葬在炸塌的马林塔山隧道中。此战日军亡4400余人，被俘19人；美军亡约210人，伤725人。
自3月15日起，美第6集团军向吕宋岛的残余日军发动了最后的清剿。第1军受命向吕宋岛东北方向的碧瑶和卡加延山谷进军；第11军受命清除马尼拉东北部的马德雷山区的日军；第14军受命夺取内湖和塔亚巴斯诸省。尽管盟军占居兵力优势和制空权，但由于地形复杂，山下的5万名残余日军一直抵抗到战争结束才放下武器。
整个吕宋岛战役，美军亡7900余人，伤3.3万余人；日军亡19.2万人，被俘7700余人。美军之所以能以1：24的较低死亡率取得这次重大战役的胜利，主要应归功于麦克阿瑟的有效指挥和盟军的海空优势。