1944年7月21日，晴空万里，风平浪静，正是交兵的好天气，凌晨开始，美军就以6艘战列舰、3艘护航航母、8艘巡洋舰和32艘驱逐舰进行直接火力支援，而且还采用了一种新的战术，军舰和飞机同时对同一目标进行协同攻击，规定舰炮弹道不得高于365米，飞机投弹高度不得低于457米，这样舰炮与飞机就能发挥更大威力。
八时三十分，在猛烈炮火支援下，美军开始突击上陆，陆战三师在奥罗特半岛北部的阿散海滩登陆，陆战一旅和七十七师在奥罗特半岛南部的阿加特海滩登陆。阿散滩头，陆战三师三个团同时展开，在1800米宽的滩头并肩突击，由于海岸中珊瑚暗礁很多，只有履带登陆车能够上陆，所以全靠履带登陆车往返接运部队，最初登陆非常顺利，日军抵抗微不足道，中午前后，全师部队以及车辆、火炮就全部上陆，随即发现登陆滩头地形极其不利，前是高地，后是大海，两翼是险峻的悬崖，日军在三面山顶和反斜面部署的火炮居高临下覆盖整个登陆滩头，美军两万余人拥挤在狭小的登陆滩头，日军每一发炮弹都会给美军造成巨大伤亡，陆战三团所要攻击的地形最为险恶，因而伤亡最大，进展最小;陆战二十一团和陆战九团处境相对要好些，在舰炮火力的有效支援下，都占领了当面的山头，并击退了日军的反击。
南部阿加特滩头日军抵抗比北部更凶猛，美军履带登陆车刚到达珊瑚礁，就遭到了日军炮火的猛烈轰击，转瞬间就有24辆履带登陆车被击毁，占总数的八分之一，由于履带登陆车损失惨重，很多士兵只得涉水上岸，被压制在日军火力点前，无法前进，而补给品也没有按计划运上岸，登陆遇到很大困难。陆战暂一旅奋力杀出一条血路，于中午十一时许到达了第一预定目标，暂一旅旅长也随之上岸，开设指挥所，率领部队奋勇冲杀。伴随登陆部队上陆的坦克由于地形复杂、遍地障碍和地雷以及错误的引导，一直没能投入战斗，只有一辆坦克在争夺加安据点的激战中，发挥了作用，绕到日军阵地后方，用炮火摧毁了坚固的据点，为步兵前进打开了通路。全天，战斗非常激烈。入夜后，日军按惯例发起了反击，美军早有防备，不断发射照明弹，一发现日军攻击，立即召唤舰炮火力射击，日军攻势虽然凶猛，却敌不过美军的炮火。
1944年7月22日，北部阿散滩头的美军在舰炮火力支援下开始向前推进，陆战九团攻占了皮提造船厂，其先头部队已经到达了阿普拉港;陆战二十一团攻占了当面的高地，将日军逐下山头;陆战三团最为艰苦，伤亡惨重而进展缓慢，经过多次增援，才夺下了鸟瞰登陆滩头的高地，并推进至阿格拉至腾爵公路，使美军的坦克能够沿着这条公路前进。南部滩头也是一番苦战，陆战四团经过血战，才肃清了阿利凡山上的日军;步兵七十七师之三零五团虽然进展缓慢，但到了天黑时分，终于与陆战一旅会合，形成了统一巩固的登陆场。
1944年7月23日，南部美军继续发展进攻，终于攻占了所有能鸟瞰滩头的高地。
1944年7月24日，北部美军也经过三天的激战，肃清了所有能鸟瞰滩头的高地上的日军。南部美军开始攻击苏迈之敌，日军拼死顽抗，阻止了美军攻势。
1944年7月25日晚，日军向美军发起了猛烈的反扑，这是经过了多天精心准备的，就以美军防线的缺口作为目标，先是集中炮火轰击，再是小股部队渗透突击，美军全力应战，击退了日军多次冲锋，但日军根本不顾死伤，攻击波一浪接一浪，终于从北部美军陆战三团与九团之间的空隙冲破了美军防线，有部分日军甚至一直冲到了滩头，美军后方迅速组织勤杂人员前去堵截，有一股日军竟然冲到了美军陆战三师的野战医院，伤病员纷纷拿起武器投入战斗，无法行动的伤员甚至趴在床上开枪，美军火速调来两个工兵连，才将这股日军消灭。其他地区的战斗一直持续到了1944年7月26日中午，终将日军的这次反击粉碎，日军遗留下的尸体多达4000具。
1944年7月26日，日军第四十八独立混成旅团长重松少将战死。
1944年7月27日，南部美军七十七师攻占了关岛的制高点腾爵山，陆战二十二团在猛烈炮火下攻击能俯瞰机场的一个高地，日军在美军炮火下无法支撑，不等美军发起冲击就放弃了高地。同一天，北部美军占领方提台地。
1944年7月28日，美军终于夺取了苏迈，南北两面的部队在腾爵山会师。当天日军关岛最高指挥官二十九师团长高品彪中将在战斗中被击毙，前来关岛视察因战斗打响而滞留的第三十一军军长小畑接替指挥。小畑深知美军兵力火力都占有较大优势，为进行持久抵抗，他只留下两个大队在关岛最狭窄的腰部进行掩护，亲率主力撤到圣罗萨山，准备作最后战斗。
1944年7月29日，陆战一旅夺取了奥罗特半岛，这样美军就已控制了关岛的一半。美军指挥关岛作战的最高指挥海军陆战队第三军军长盖格少将决定调整部署，陆战三师在左、步兵七十七师在右并肩向北发展攻击，陆战一旅负责掩护后方，肃清已经占领地区的日军残部。经短暂战地休整，美军于1944年7月31日发起了攻击，在舰炮火力大力支援下，进展顺利，十一时许，陆战三团占领了关岛首府阿格拉。
1944年8月1日，盖格命令美军加快推进速度，力争抢在日军建立最后防线之前占领圣罗萨山。
1944年8月2日，美军攻占了提延机场。
1944年8月3日，七十七师攻克巴里加达村，村里的水井解决了美军缺乏淡水的困难。
1944年8月4日，美军夺取了一个日军坚固防御阵地，歼敌346人。
1944年8月6日，美军推进到了圣罗萨山下，被日军炮火所阻，美军立即召唤舰炮支援，很快压制了日军炮火。
1944年8月7日，陆战一旅完成了肃清后方的任务，在陆战三师左翼加入进攻。
1944年8月8日，七十七师攻下了圣罗萨山，陆战一旅则推进到了里提迪安角。
1944年8月9日，七十七师的先头部队到达了帕提角。
1944年8月10日，小畑向东京大本营发出了最后的诀别电。美军攻到了关岛的最北端，盖格宣布关岛日军有组织的抵抗已经被肃清。
但战斗并未结束，1944年8月12日，美军才攻下了日军最后的一处阵地，小畑和指挥部的人员不是被杀就是自杀，至此，日军抵抗才基本被平息。岛上还有约9000日军隐藏在丛林和岩洞中，不时出来骚扰，扫荡日军残部的战斗一直到战争结束，1945年9月还有最后一批日军约百余人出来投降，9000日军中的大部因为补给断绝，在丛林和岩洞中冻饿而死。关岛一战，美军阵亡1435人，伤5648人。日军阵亡18560人，被俘1250人。美军伤亡比塞班岛几乎少了一半，主要因为美军将登陆时间推迟了一个多月，充分利用这段时间，增加了进攻兵力，加强了舰炮和航空火力准备。这是美军充分吸取了塞班岛的经验教训，同时证明在登陆作战中，炮火准备的重要性，由此看来美军推迟登陆是极为明智的。
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