Avant le débarquement, les forces américaines ont cherché à s’assurer une supériorité aérienne et navale. Un total de 274 navires, qui ont tiré 44 978 coups de canon de 2 pouces et de 5 pouces, ont soutenu le débarquement. En outre, 13 porte-avions au total ont participé au raid aérien et 4 283 bombes (pesant au total 1 310 tonnes) ont été larguées du 18 au 20 juillet, la veille du débarquement. Le lourd bombardement a brûlé tous les palmiers de la plage et détruit tous les bâtiments visibles. L’expérience acquise par les Japonais lors de l’invasion de Saipan a été utilisée pour tenter d’atténuer les effets du bombardement. Malgré cela, le bombardement a dépassé de loin les attentes des forces de défense qui étaient retranchées le long de la côte comme elles l’étaient à Saipan. De nombreuses bases et tours de garde ont également été détruites. Toutefois, les pièces d’artillerie retranchées dans des forêts denses, des grottes, des tranchées et des emplacements situés à quatre kilomètres ou plus de la côte ont pu échapper à la destruction et sont devenues une source de forte résistance japonaise. Guam, encerclée par des récifs, des falaises et de fortes vagues, représente un formidable défi pour tout attaquant. :14 Les équipes de démolition sous-marine ont reconnu les plages et supprimé les obstacles du 14 au 17 juillet. :43 Malgré les obstacles, le 21 juillet, les forces américaines ont débarqué des deux côtés de la péninsule d’Orote, à l’ouest de Guam, prévoyant de sécuriser le port d’Apra.La 3e division de Marines débarque près d’Agana, au nord d’Orote, à 8 h 29, et la 1re brigade provisoire de Marines débarque près d’Agat, au sud. 24,44 L’artillerie japonaise coule 30 LVT américains et inflige des pertes importantes. LVT et a infligé de lourdes pertes aux troupes de débarquement, en particulier à la 1st Provisional Marine Brigade, mais à 09:00 les marines et les chars étaient à terre sur les deux plages.
À la tombée de la nuit, les marines et les soldats américains de la 77e division d’infanterie avaient établi des têtes de pont d’environ 6 600 pieds (2 000 m) de profondeur. Les contre-attaques japonaises ont eu lieu tout au long des premiers jours de la bataille, principalement la nuit, en utilisant des tactiques d’infiltration. Les Japonais pénétrèrent à plusieurs reprises dans les défenses américaines mais furent repoussés avec de lourdes pertes en hommes et en matériel.
La 77e division d’infanterie de l’armée américaine connut un débarquement plus difficile les 23 et 24 juillet :17 Faute de véhicules amphibies, ils durent patauger sur le rivage depuis le bord du récif où les péniches de débarquement les déposèrent. Les hommes stationnés dans les deux têtes de pont furent bloqués par un feu nourri des Japonais, ce qui rendit la progression initiale vers l’intérieur des terres assez lente. Le ravitaillement fut très difficile pour les troupes de débarquement sur Guam au cours des premiers jours de la bataille. Les navires de débarquement ne pouvaient pas s’approcher plus près que le récif, à plusieurs centaines de mètres de la plage, et les véhicules amphibies étaient rares.
La 1ère brigade provisoire a bloqué la péninsule d’Orote le 25 juillet, et la même nuit, le lieutenant général japonais Takashina a contre-attaqué, en coordination avec une attaque similaire contre la 3ème division au nord.:56 Le lendemain, le général Obata a rapporté que « nos forces n’ont pas réussi à atteindre les objectifs souhaités. »:61 Le lieutenant général Takeshi Takashina fut tué le 28 juillet, et le lieutenant général Hideyoshi Obata prit le commandement des défenseurs japonais.:65 Le 28 juillet, les deux têtes de pont furent reliées,:17 et le 29 juillet, les Américains sécurisèrent la péninsule.:64
Les contre-attaques japonaises contre les têtes de pont américaines, ainsi que les combats acharnés, avaient épuisé les Japonais. Au début du mois d’août, ils manquaient de nourriture et de munitions, et il ne leur restait qu’une poignée de chars. Obata retira ses troupes du sud de Guam, prévoyant de tenir dans la partie montagneuse du centre et du nord de l’île, « d’engager une action de retardement dans la jungle du nord de Guam pour tenir l’île aussi longtemps que possible » :65
Après s’être assuré qu’aucune force japonaise significative n’opérait dans la partie sud de Guam, le major général des Marines Geiger commença une offensive vers le nord avec la 3e division des Marines sur le flanc gauche, et la 77e division d’infanterie sur le flanc droit, libérant Agana le même jour.:70 L’aérodrome de Tiyan est capturé le 1er août :72
La pluie et la jungle épaisse rendent les conditions difficiles pour les Américains, mais après un engagement avec la principale ligne de défense japonaise autour du Mont Barrigada du 2 au 4 août, la ligne japonaise s’effondre.:73-74 La 1st Provisional Brigade se forme sur le flanc gauche de la 3rd Marine Division le 7 août en raison de l’élargissement du front et des pertes continues, dans le but d’empêcher les Japonais de se glisser dans les brèches américaines :75-76 Les Japonais disposent d’un autre bastion au Mont Santa Rosa, qui est sécurisé le 8 août.:74,81
Le 10 août, la résistance japonaise organisée prend fin et Guam est déclarée sûre, mais on estime que 7 500 soldats japonais sont en liberté. :81 Le lendemain, Obata se suicide rituellement dans son quartier général du mont Mataguac après avoir envoyé un message d’adieu au Japon.:81