此时在海滩上突然出现的美军陆战队救星是8辆美军M4A2坦克。
日军发现目标，95式轻型坦克迅疾对M4A2进行射击，然而95式轻型坦克的炮弹打在M4A2上根本无效，甚至只在壳上留下几处弹痕。M4A2照样前进。海滩上原本慌乱分散的美军看到了自己的坦克能够抵挡，也就稳定了下来。经过一场激烈的坦克对射，日军17辆95式轻型坦克被全部击毁，而美军只有1辆M4A2被日军95式轻型坦克击断了履带，美军M4A2坦克全胜后火速向前推进，为前沿美军提供火力支撑，海滩上美军也稳住了神，纷纷向前支援前沿，而炮兵又重新回到炮位，发射炮弹支持前沿的抵抗，日军反击的步兵见美军的抵抗兵力越来越多，火力也越来越猛，继续向前突破非常困难，立即请示中村州男大佐要求撤退，中村州男大佐见大势不好立即下令停止反击，训练有素的日军在火炮掩护下迅速撤回，伤亡并不大。
日军反击失败。按照以往的经验，美军很快就能打开局面。因此美军海军陆战队第1师上上下下都松了口气，然而此次这个经验并不灵验，贝里琉岛上的恶战才刚刚开始。
稳住阵脚的美军海军陆战队1师开始对贝里琉岛的纵深猛烈攻击，然而美军发现这岛上的日军实在厉害，冷枪手无处不在，美军的冲击根本没有办法，海军的战舰补足了炮弹全力配合冲击效率也不大。整整两天，海军陆战1师竟然只推进了180米。美军于是又改变策略：不再进攻正面高地而改为重点进攻侧翼高地。
这一决策很快发挥了作用。虽然日军抵抗越来越激烈，美军每前进一步都很困难，但美军海军陆战队1师还是逐步取得了一些进展，到9月18日，美军打到岛上的机场附近。
机场的对面就是乌穆布罗戈山，只要陆战队队员试图穿过开阔的机场，就立刻会被日军发现，遭到训练有素、弹无虚发的日军官兵的狙杀。等待他们的只有死亡，但是抢夺机场的命令已经下达，陆战5团必须穿过机场到达对面的丛林并拿下机场。因为暂时没有运输工具和坦克的掩护，无可奈何的美军士兵也像日本人一样发起了“万岁冲锋”。陆战队员们在毫无遮拦的机场上狂奔，子弹在耳边呼啸着，炮弹在身旁爆炸，许多人都没能活着跑完这段死亡之路。
美军的确遭受了重大伤亡，但是不断有增援部队赶到，而日军守备队则是后援断绝，步兵第15联队的反登陆计划早早被美军舰队摧毁，子弹更是打一发少一发。苦战过后，机场虽然被美军占领，但乌穆布罗戈山上的日军仍然在不断攻击机场的地面部队以及试图降落的飞机。为了尽快铲除这些敌人，陆战第1团的任务就是攻下乌穆布罗戈山，这座山又被美军称作“血腥鼻头岭”。在这个由珊瑚礁构成的山上，有许多日本人隐藏的洞穴，再加上之前的轰炸把山上的树木几乎炸平了，陆战队的士兵几乎是在没有遮掩的情况下发起进攻。面对日军的炮火，陆战第1团的士兵处在动弹不得的境地。日军通过钢制滑动门可以很快将大炮移出洞口，然后进行瞄准射击，射击完成后又立刻关上滑动门。这样的“冷炮”让美军的攻势受到很大打击，伤亡人数仍在不断增加。
乌穆布罗戈山上崎岖的地形让陆战队员的清扫行动变得异常艰难。日本士兵也懂得把握最佳开枪时机，等到美军士兵靠近了洞口再开枪，在小范围里投入密集的火力以造成最大的杀伤，而且打完就转移，从不恋战，尽量不暴露岩洞的位置。为了打破这种局面，陆战队的航空兵们也来帮忙。此时的贝里琉机场上出现了神奇的一幕：美军利用没有完全控制的几百米的跑道让“海盗”战斗机起落并围绕着机场周边的乌穆布罗戈山进行轰炸和扫射，甚至刚离开跑道就向周围山上的日军扔凝固汽油弹，等弹药用光后就立刻回到机场补充。飞行半径就是整个机场的范围，飞机起飞时连降落架都不用收起，因为每半小时就要进行降落补充弹药。尽管进行了密度如此之大的攻击，隐藏在洞穴中的日军并没有受到毁灭性的打击，他们在暗处观察美军的行动，挫败他们的一次又一次进攻。失去一个洞穴对日军来说无关痛痒，他们在地下迷宫里游走，发挥近身肉搏的优势，找准机会就能把失去的洞穴再重新夺回。
美军海军陆战1师在第一个星期的战斗中伤亡就达到4000人，不过日军的弹药并不充分，所以陆战1师仍然能够坚持。到了9月20日，美军海军陆战1师仍然在机场与日军对峙，美军上下都为此感到头疼。9月22日，在帕劳主岛的日军第14师团决定向贝里琉岛派发援军，当天下午10时30分，第14师团步兵第15联队第3大队1个中队250人从主岛搭乘海上机动第1旅团输送队第1中队的6艘舟艇先行出发，23日上午5时竟奇迹般的冲过美军封锁线，在贝里琉岛登陆成功，只伤亡了14人。9月23日晚8时30分，第14师团步兵第15联队第3大队主力以及500名搬运工共计1200人携带大量补给物资前往贝里琉岛登陆，但中途被美军发现，日军携带的补给品全数被毁，只有几百步兵携带少量弹药与贝里琉岛日军汇合。此后由于美军加强巡逻，帕劳主岛日军再也无法给予贝里琉岛任何支援。
除了负隅顽抗的日军之外，陆战队员们的又一敌人是酷暑所带来的缺水问题。整个岛屿在阳光的持续照射下，中午时分的气温高达40度，岛上的水源都被日军特意用尸体污染了，而后海军运上岸的淡水不小心被掺杂了汽油，里面的水也无法饮用。渴极了的士兵四处搜刮死人身上的水壶，每一个日军尸体都被仔细翻查。渴得发昏的士兵喝起了沼泽里的脏水，他们因此患上了严重的痢疾。
至此陆战第1师的伤亡已经达到60％，第3两栖军司令罗伊·盖格将军见情况紧急，9月23日命令海军陆战队第1师撤出，派陆军第81师321团登岛作战。毫无疑问，无法得到补给的日军只会更早地败亡。
美军占领机场后打到10月仍无明显进展，美军海军陆战1师在空前的海空火力支援下，加上陆军81师321团的援助，稳住了防线，取得了一些战果，但美军与日军进入拉锯状态，日军打不走美军，美军也奈何不了日军，这时的贝里琉岛战役真的成了扯美军后腿的战役，成为僵持战。这已经打乱了美军登陆莱特岛的计划。尼米兹上将最后执意夺取帕劳群岛，作战意图是支援菲律宾作战，利用夺取的帕劳群岛航空基地，为登陆莱特岛提供支援。但没想到会在贝里琉岛打成僵局，别说什么支援莱特岛登陆了。美军大量的战舰与弹药因此被牵制在了贝里硫岛，成了扯后腿的鸡肋，至于打帕劳主岛美军更是彻底失去了信心，想都不愿不去想。
而到了10月中旬麦克阿瑟上将实在等不及了，决定不管贝里琉岛，准备发动登陆莱特岛的作战。把舰队撤了。10月12日美军宣布贝里琉岛战斗结束时，美军海军陆战1师就伤亡了10000多人，其中阵亡1950人，伤8500人，伤亡比例达这个师总兵力的60%。这时关于贝里琉到底该怎么办，是打是撤，美军内部又起了争论，一部分人认为，贝里琉岛战役本来就是多余的，应该从贝里琉岛撤军，趁早结束这个早就被放弃了的战斗，但大部分人认为，贝里琉岛应该坚决打到底，因为为了这个岛美军已经付出了太大的伤亡代价，就这样结束，那么前面付出的所有牺牲与代价就全部打了水漂。最后达成共识，这个战役或许根本就不应该去打。但既然已经付出了太大的代价，那么就不能白付，就要不计任何代价打到底。
要完全打下贝里琉岛，依靠现有兵力已经做不到了，所以美军决定将81师主力以及炮兵部队也投入到贝里琉岛，这样美军完全拿下贝里琉岛就有了可能。美军决定依托巨大的兵力优势与物资优势，靠火焰喷射器，炸药，炮弹，炸弹以及大量的步兵，一码一码的推进，一个洞一个洞的打、烧、炸，没日没夜的与日军拼命。
10月20日，美军一方面开始进攻莱特岛，一方面继续攻打难啃的骨头贝里琉岛。
打到11月8日，中村州男大佐终于承认贝里琉岛守不住了。遂给14师团发出电报，声称弹药已经基本耗尽，多数士兵已经没有子弹了，根本无法进行正常作战，决定组织万岁冲锋，但遭14师团司令部的拒绝。
11月22日，美军对中村州男大佐的指挥所发动了总攻击，动用了大量的火焰喷射器。指挥所的日军守备部队伤亡惨重，弹药耗尽，已经无力阻止美军的攻击了。美军冲到了中村州男大佐步兵第2联队指挥部附近。当天上午7点40分，中村州男大佐发电14师团司令部，中村州男大佐报告了战况并指出电池已经快耗尽，这可能是最后的诀别，另外告知步兵第2联队的军旗已经妥善处置，机密文件已经销毁。
激战到11月24日下午16点，中村州男大佐最后发电第14师团司令部“樱花，樱花。”，表示将成为凋谢的樱花。烧掉军旗和机密文件后切腹自杀，随同自杀的还有60名无法行动的伤兵。中村州男自杀前命令还有行动力的日军逃离指挥所，从此贝里硫岛上的日军失去了有组织的抵抗。
11月27日美军正式宣布完全占领贝里琉岛。
此役历经73天。美军进攻主力陆战1师连同81师等其他部队，总伤亡已经近13000人，连同安格尔岛的战斗（该岛日军为1个900人的步兵大队与700多韩国民工）整个帕劳群岛战斗美军地面兵力总伤亡接近15000人。而日军的贝里琉岛守备队含1947年缴械的士兵只有不到200人生还。
在弹药消耗方面，美军在11月27日以前仅美军陆战1师的步兵弹药就消耗了2200吨，美军前后消耗弹药共达40000多吨，日军则为半个会战份。此战也让美军见识到了日军真正精锐部队的可怕。也就是基于这样的考虑，加上以后的硫磺岛战役，美军做出了跳过台湾直接攻击冲绳的决定。
但贝里琉岛上仍有残余的日军，战斗仍在不间断的进行。在12月底美军发动大规模的全岛扫荡，直到1945年2月，岛上仍然有日军零星出没。由于1945年1月以后，贝里琉岛成为囤积美军供应菲律宾作战的物资囤积地，而新部署贝里琉的美军陆军部队缺乏战斗经验，日军零星残余士兵得以偷窃美军作战物资生存，并利用美军武器进行装备，小规模的游击破坏时有发生。美军因后续战事繁忙也无暇再派精锐部队剿灭，而当地美军对此股日军展开过多次围剿，但始终效果不大，致使该岛一直有零星战斗。甚至在1945年8月战争结束后，这些零星日军由于无法接到停战命令，也不相信美军的喊话，仍然在岛上进行游击战。直到1947年4月，美国把原日军少将澄川请到贝里琉岛，澄川少将携带结束战斗的命令进入贝里琉岛，最后找到了仍在该岛打游击的残余日军，并成功的说服了这些日军出来投降。当月21日，以山口永少尉为首的34名武装日军排着整齐的队伍来到贝里琉岛美军营地，并被运到帕劳主岛举行了投降仪式，终于为长达3年贝里琉战斗划上了最后的句号。
从贝里琉岛战役足以看出第十四师团的占地素养和战斗力有多强了，假设第十四师团一万四千余人全部驻守在贝里琉岛上，美军不知道要付出多少代价才能啃下来。
太平洋战争中最惨烈的战役之一，在一片腥红中落下了帷幕。陆战1师经此一战，再也没有恢复过元气，缺席了不少日后的重要作战。不过随后的菲律宾战役证明，陆战队员们的鲜血并没有白流。从后世的角度看，也许贝里琉岛的价值并没有想象的那么大，不过从当时的情况看，没有什么比消除一个可能对菲律宾战役造成影响的因素更重要的事了。
在帕劳本岛的第十四师团主力虽然没有遭到美军的攻击，但在饥饿和空袭的威胁下也损失惨重，无条件投降对他们来说是一种最好的解脱。