6月20日，陆战第五军军长史密斯正式接过陆上作战的指挥权，特纳全力负责组织物资的卸载，以保障登陆部队的后勤供应。
日军大本营千方百计组织对塞班岛的增援，6月16日就命令特鲁克的部队抽调一个大队，关岛部队抽调两个大队增援塞班岛，但特鲁克没有运输船只，无法进行运输；而关岛的援军只有步兵两个小队和炮兵一个小队，6月21日到达罗塔岛后，就由于美军的严密封锁根本无法前往塞班岛，日军的增援企图终告破灭。
6月22日，史密斯将塞班岛上的美军部署调整完毕，陆战二师在左，陆战四师在右，步兵第二十七师以一个营肃清纳富坦角日军残部，主力居中，三个师齐头并进，肩并肩向前推进。早晨六时，美军第五十二和第五十八特混编队的所有军舰、舰载机和十八个地面炮兵营的火力一起向日军阵地实施火力准备，弹如雨下，地动山摇，在前所未有的炮火支援下，两个陆战师首先发起了攻击，至傍晚，陆战二师推进到了塔波乔峰西侧山坡下，陆战四师到达了马基奇思湾北岸，形成了对塔波乔峰的夹击之势。
6月23日，第二十七师也加入了战斗，三个师从西、南、东三面攻击塔波乔峰，但二十七师师长拉尔夫•史密斯少将担心部队在夜间行军迷失方向，所以22日夜间没有及时出发，结果23日拂晓发动总攻时，二十七师第一梯队的三个突击营都无法按预定时间发起攻击，最早的一个营晚了五十五分钟，最晚的一个营足足晚了两小时又十五分，直接影响了对塔波乔峰的总攻。而且这一天，二十七师进展缓慢，一六五团只前进了百余米，一零六团几乎没有进展，在纳富坦角的一个营也没能肃清日军残部，全师拖了全局的后腿。而两个陆战师已经突破日军防线，直入日军纵深，整个战线形成了U字形，两翼突出中间滞后，由于二十七师的迟缓，致使两翼的陆战师侧翼暴露，也不能继续向前，只得停顿下来。
造成这一原因是海军陆战队是美军专门为实施登陆作战而组建的部队，不仅接受过两栖战的专项训练，而且其军官都明白登陆作战是背水之战，必是险恶异常，而且陆地上每延误一天，就会造成海面上掩护登陆的舰队多一份损失，取胜的关键就在于行动迅速果断，基于这一战术思想，其部队在日常训练中就非常注重战斗作风的培养，战斗意志的锻炼，所以海军陆战队战斗作风之顽强、战斗意志之坚韧，一直在美军所有地面部队中首屈一指，太平洋战争中，初期的威克岛防御战，中期的瓜达尔卡纳尔岛争夺战，后期的硫黄岛进攻战，在激烈无比的战斗中创造辉煌的，无一不是海军陆战队！反观陆军，平时训练中过分强调避免伤亡，过于依赖炮火支援，遇到日军阻击，不像陆战队要么勇猛冲击，要么绕道迂回，而是停下来等待炮火支援，有时甚至日军一个机枪火力点就可以阻止一个营的部队前进，这就是军种之间的差异，尽管二十七师配属海军参加过几次登陆战，仍未改变陆军那种根深蒂固的保守战术，所以在这次战役中暴露最为明显。
正因为如此，脾气暴躁有着“疯子”之称的史密斯军长与斯普鲁恩斯和特纳商议后，撤换了二十七师师长，由塞班岛驻军司令桑德福特•贾曼陆军少将在新师长到来之前代理指挥，这引起了陆军的强烈不满，引发了陆海军之间的争执。但随后，二十七师攻击也变得雷厉风行，战况开始好转。
6月26日，经过数天的激战，美军终于攻下了最高山峰——塔波乔峰。接着向地形比较狭窄的北部地区继续猛攻。
6月30日，斋藤在美军越来越大的压力下，率余部退至塔纳帕格村一线的“最后抵抗线”，负隅顽抗，做最后的垂死挣扎。
7月3日，陆战二师占领加特潘角和木特乔，这两地经过异常惨烈的战斗，已经成为一片废墟。
7月4日，二十七师攻占了福劳里斯角水上飞机基地，将残余日军压缩至东北角的狭小地域，至此日军的最后防线终于被突破，守军大部被歼。
7月6日，斋藤和南云向东京大本营发出了最后的诀别电，然后将岛上残余的5000官兵集中起来，部署了最后的决死攻击。当晚斋藤剖腹自杀，南云则用手枪结束了自己的生命。史密斯预见到日军肯定会在最后失败前进行自杀攻击，特意到二十七师师部，叮嘱部属要加强戒备，严密防范日军的自杀冲锋。但二十七师不以为然，麻痹大意，缺乏必要的迎战准备，甚至在两个营的结合部之间存在近300米宽的大空隙。
7月7日四时四十五分，5000多日军突然发起了进攻，军官挥舞着武士道军刀，身先士卒带头冲锋，士兵们有枪的带枪，没枪的拿着刺刀和棍棒，甚至头裹绷带、手拄拐棍的伤员也一瘸一拐地冲上来，全然不顾美军的射击，日军从二十七师两个营的空隙间突入美军战线，美军一零五团一个营在日军的疯狂冲锋下溃散，该团另两个营则遭到了己方炮火的误击，损失惨重，战斗持续了数小时，美军将后方勤杂人员也编入战斗部队，投入战斗，终将日军这次丧失理智的自杀冲锋粉碎，美军伤亡很大，仅阵亡就达400人，而日军在美军阵地前遗留的尸体就有4300具，美军只得挖掘一个大坑，再用推土机将这些尸体推入坑中集体掩埋。日军有组织的抵抗至此结束。
7月9日，美军推进到了塞班岛最北端的马皮角，基本占领全岛。但令美军无法想象的是，在马皮角的悬崖边，发生了骇人听闻的大规模自杀，不仅日军士兵拉响手榴弹，不少平民也跳海自尽，甚至很多母亲抱着孩子跳下悬崖，美军一再通过翻译、日军俘虏和平民表示：等待他们的不会有屠杀，只有食物和安全。但自杀依然没有停止，共有数千人丧生。
在塞班岛登陆战役中，美军阵亡3400余人，伤1.31万人。日军守备部队中4.1万人阵亡，其中陆军2.61万人，海军1.5万人，被俘2000余人。此外还有2.2万平民，几乎占全岛居民的三分之二丧生。
美军在战斗中伤亡较大，主要原因是进攻前的火力准备不够充分，日军在抗登陆地域上构筑在反斜面的炮兵阵地、永备火力点、坚固支撑点和伪装的堑壕等防御工事多半没有被摧毁，日军凭借着这些工事，采取歼敌于水际滩头的作战方针，使美军在登陆前的最初几天中，蒙受了巨大的伤亡。
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