La 1.ª División de Marines ya había sido elegida para hacer el asalto.

El presidente Franklin D. Roosevelt viajó a Pearl Harbor para entrevistarse personalmente con los dos comandantes y escuchar sus argumentos.

Las posiciones fueron selladas y luego cerradas, dejando solo una rendija para poder disparar a las playas.

Un batallón fue colocado a lo largo de la playa para enfrentarse con las tropas que desembarcaran, destinadas para retrasar el avance estadounidense.

Los invasores, rota esta defensa, tendrían que ir tierra adentro y enfrentarse a las fortificaciones.

El bombardeo apenas consiguió destruir los aviones japoneses en la isla ni los edificios que rodeaban el aeropuerto, permaneciendo los japoneses en sus posiciones, listos para enfrentarse a las tropas que desembarcasen.

A las 09:30 horas, los japoneses ya habían destruido 60 vehículos de desembarco (LVTs y DUKW.)

El 1.er Regimiento se quedó encallado debido al intenso fuego que procedía de The Point situado en Umurbrogol.

El 7.º Regimiento también se enfrentaba a problemas similares por culpa de la artillería enemiga.

Robert Leckie, que participó en el desembarco perteneciendo a la 1.ª División de Marines, en su libro Mi casco por almohada comienza al describir la batalla diciendo: "Peleliu era ya un holocausto".

Muchos de los Marines que consiguieron llegar a las playas habían perdido sus rifles y su equipo esencial.

Su compañía blindada cruzó el aeropuerto y forzó a los marines a retroceder, pero los blindados japoneses fueron eliminados muy pronto junto con los soldados de infantería que los acompañaban, por los cazabombarderos y cañones navales.

Las temperaturas en la isla alcanzaron los 46 °C,[11]​ y los marines sufrían muchas bajas a causa de la insolación y falta de agua ya que parte del agua suministrada lo fue en barriles que habían contenido antes gasolina o aceite y no habían sido limpiados previamente, no pudiendo ser bebida.

Los F4U dispararon cohetes para volar las entradas abiertas en las cuevas, también usaron napalm, siendo la segunda vez que se utilizaba en el Pacífico.

El napalm demostró su utilidad al quemar la vegetación que ocultaba las posiciones japonesas y matando a sus ocupantes al quemar el oxígeno de los túneles en que se encontraban.

La fortaleza natural, The Point, seguía costando numerosas bajas a los Marines que desembarcaban.

El general Puller ordenó al capitán George Hunt, comandante de la Compañía K, 3.er Batallón, 1.er Regimiento, capturar la posición.

Se acercaron a The Point con pocos suministros al haber perdido la mayor parte de sus armas en la playa.

El resto de su compañía también estaba en peligro cuando los japoneses rompieron su línea por la mitad, cortando su flanco derecho.

La Compañía K consiguió capturar The Point pero Nakagawa ordenó un contraataque para recuperar la posición.

Cuando llegaron los refuerzos, a la Compañía K le quedaban 18 hombres, sufriendo 157 bajas en la batalla por The Point.

Ngesebus estaba ocupada por varias posiciones de artillería japonesas que tenían a tiro el aeródromo.

Los marines aún se enfrentarían a una fuerte resistencia, pero la isla caería rápidamente en manos estadounidenses.

El coronel Puller lideró a sus hombres en numerosos asaltos, pero cada ataque fue neutralizado rápidamente por los japoneses.

Los japoneses mostraron nuevamente una gran disciplina cuando abrían fuego, disparando justo donde pudieran infringir más bajas.

En lugar de sus ataques banzai, los japoneses se infiltraban en las líneas estadounidenses durante la noche para atacar a los Marines en sus respectivas trincheras.

Los Marines empezaron a cavar nuevas trincheras y colocar dos hombres en cada una, para que uno pudiera dormir mientras el otro montaba guardia.

Atrapado en la base del valle, el capitán Pope estableció un pequeño perímetro defensivo, que fue atacado sin descanso durante la noche por los japoneses.

La isla nunca fue utilizada como base para las incursiones posteriores, el atolón Ulithi, en las Islas Carolinas al norte de Palaus, se utilizó como base para la invasión de Okinawa.

La batalla fue eclipsada por el regreso de MacArthur a Filipinas y los aliados apuntan hacia la Alemania en Europa.