1944年6月美國將其在太平洋戰場上“逐島進攻”的戰略改為“蛙跳戰略”，即越過日軍防守的壹些次要的島嶼奪取太平洋上最關鍵最重要的據點，切斷日本的海空交通線建立美國的海空軍戰略基地。因此美軍決定繞過加羅林群島直取馬裏亞納群島，其目的是要攻克塞班島、提尼安島，奪回關島，突破日本的內防禦圈。
美太平洋艦隊總司令尼米茲上將為這次戰役取名為“奇襲行動”並親自指揮。為此出動了包括美國第5艦隊和第58航母特混艦隊640余艘軍艦1000余架艦載機620架陸基飛機，登陸兵力為3個陸戰師2個步兵師1個陸戰旅***12.8萬人。1944年6月11日米切爾將軍指揮的美國第58特混艦隊起飛225架艦載機對塞班島上的機場實施突襲。
至1944年8月3日提尼安島近萬日軍大部被殲，第壹航空戰隊司令長官角田覺治中將戰死。1944年8月11日關島日本守軍最高指揮官第31軍司令小畑英良中將自殺，島上的18000多名日軍多數戰死。“奇襲行動”取得全勝，美軍占領馬裏亞納群島突破了日本的內防禦圈。對此日本統治集團壹片驚慌內部矛盾加劇，東條英機被迫辭去首相職務改由原朝鮮總督號稱“高麗之虎”的陸軍大將小磯國昭擔任首相。 關島是馬裏亞納群島中最大的島嶼，30 英裏（48 公裏）長及9 英裏（14 公裏）寬， 它自從1898年被美國從西班牙手中奪占以來直至1941年12月11日珍珠港事件後被日本人攻占為止壹直被美國統治著，這不是如其它壹些在馬裏亞納群島中高度設防的島嶼如塞班島壹樣，因為塞班島在第壹次世界大戰後便被日本統治，而在1944年更駐有大量守軍。
同盟國有關入侵馬裏亞納群島的計劃要求猛烈的轟炸，首先是來自航空母艦及東面馬紹爾群島的岸基飛機，當獲得制空權後，再由戰列艦進行近岸炮轟，關島被選為目標因為其龐大面積可作為盟軍的後勤基地以支援下壹步對菲律賓群島、臺灣及琉球群島的軍事行動；在阿普拉深水港適合大型船只停泊；島上的兩個機場亦可供B-29超級堡壘轟炸機升降。
入侵塞班島的軍事行動被安排在1944年6月15日進行， 而在關島的登陸行動被暫訂於6月18日實施，原本的時間表非常適中，但在塞班島出現估不到的大批守軍進行了非常頑強的抵抗及日軍航空母艦的大型進攻令入侵關島的行動被推遲了壹個月。 關島被暗礁、懸崖及大型巖石包圍著，因而對進攻部隊來說是壹個很大的挑戰，7月21日美軍在關島西部奧羅地角半島兩邊登陸，以圖切斷機場，美國海軍陸戰隊第3師在早上8時28分於半島北部接近阿迦納的地方登陸，及第1海軍陸戰隊後備團在南面接近阿加特的地方登陸，日軍的炮火擊毀了20輛履帶式兩棲登陸車，但到9時正坦克已在兩個海灘全部上岸，美軍第77步兵師的登陸行動則更為困難，因為缺乏兩棲車輛，士兵需要在離開登陸艇後在滿布暗礁的水裏涉水而行。
晚上美軍降立了壹個縱深大約2，000米的橋頭堡，日軍在戰役的頭幾天不斷發動反攻，大部分在晚間及使用滲透戰術，他們數次滲入美軍防線，但在損失大量人員和裝備情況下被迫後退，金城高階陸軍中將在1944年7月28日陣亡，小畑英良中將接過指揮權。
美軍的補給在戰役的第壹天出現困難，登陸艦艇未能靠近距離海灘數百尺的暗礁，而且缺乏兩棲車輛，但是兩個灘頭陣地在7月28日連成壹起，而奧羅地角機場及阿布拉港在1944年7月30日被美軍攻占。
對美軍灘頭陣地的反攻令日軍筋疲力盡，1944年8月初開始他們缺乏食物及軍火，及只剩下屈指可數的坦克，小畑英良因而將部隊撤向關島以南地區，計劃利用島中央部山區進行頑抗，但美軍掌握了關島附近壹帶的制海及制空權，因此日軍難以指望得到補給和增援，小畑英良只希望將全面潰敗的時間延後數天而已。
豪雨及厚密的叢林令美軍面對困難的情況，但1944年8月2日至1944年8月4日在巴裏加達山取得突破之後，日軍的防線崩潰；餘下的戰事只是向北部追擊，與其它在太平洋戰場的情況壹樣，日軍拒絕投降及幾乎所有士兵陣亡。 日軍在關島建有三個機場，其中第三個機場尚未竣工。最初日軍對關島的防禦並不重視，直到馬紹爾群島失守，日軍才開始加強關島的防禦，日軍對關島的增援比塞班島成功多了，大批援軍和物資運上了關島。
關島的守軍是陸軍步兵第二十九師團、第四十八獨立混成旅團、第十獨立混成聯隊、第五十二高炮大隊以及海軍第五十四警備隊，***兩萬余人，火炮二十余門，坦克四十余輛，由第二十九師團長高品彪中將統壹指揮。第二十九師團原是關東軍，訓練有素，裝備精良，戰鬥力較強。
盡管關島在戰前四十余年時間裏是美國領土，但美軍直到開始制定進攻關島時才發現，相關資料非常粗略，而且對日軍占領後的情況更是壹無所知，所以不斷以飛機進行航空攝影偵察。
美軍原計劃在1944年6月18日在關島實施登陸，但通過塞班島登陸作戰，覺得登陸部隊的兵力還要加強，而增援部隊到達戰場還需要壹段時間，加上海軍艦隊也要全力對付日軍機動艦隊，所以斯普魯恩斯於1944年7月8日決定登陸作戰推遲到1944年7月21日，登陸部隊除原來的海軍陸戰隊第三師和暫編第壹旅外，還增加了陸軍第七十七師。七十七師原為總預備隊，在珍珠港待命，接到參戰命令後，於1944年7月上旬離開珍珠港，中旬到達埃尼威托克礁湖。關島登陸仍由康諾利少將指揮的南部編隊承擔，該編隊***有戰列艦6艘、護航航母5艘、巡洋艦10艘、驅逐艦53艘、護衛艦2艘、登陸艦75艘、運輸船21艘，加上掃雷、後勤等艦只，總計265艘。地面作戰部隊有陸戰三師、陸戰暫編壹旅、步兵第七十七師，***約5.5萬人。
美軍對關島的炮火準備早在1944年6月11日就已開始，島上日機盡數被消滅，日軍機場也遭到嚴重破壞而無法使用。1944年6月21日至1944年7月7日，美軍又對關島進行了幾次艦炮轟擊和飛機轟炸，鑒於塞班島登陸前只實施了兩天炮火準備，效果很不理想，使登陸部隊遭到了巨大傷亡，因此美軍對關島大力加強了炮火準備，從1944年7月8日起，進行了持續十三天的猛烈炮擊，發射406毫米炮彈和356毫米炮彈6258發、203毫米炮彈3862發、152毫米炮彈2430發、127毫米炮彈16214發，雖然日軍利用美軍推遲登陸的時間在美軍可能登陸的灘頭設置大量的障礙和水雷，並在島上搶修了壹些永備火力點和防禦工事，但美軍這次長時間的炮擊嚴重破壞了日軍的防禦工事，幾乎摧毀了日軍暴露的全部火力點，效果比較顯著。
從1944年7月16日起，美國海軍第三、第四和第六水下爆破隊連續三個晚上在將要登陸的灘頭進行水下爆破，炸掉暗礁和障礙物，為登陸掃清了障礙。
1944年7月19日和1944年7月20日，美軍所有擔任艦炮火力支援的軍艦對登陸地點阿加特和阿散兩地進行了極為猛烈的炮擊。
1944年7月20日，斯普魯恩斯乘座旗艦“印第安納波利斯”號重巡洋艦親自到達關島督戰。 1944年7月21日，晴空萬裏，風平浪靜，正是交兵的好天氣，淩晨開始，美軍就以6艘戰列艦、3艘護航航母、8艘巡洋艦和32艘驅逐艦進行直接火力支援，而且還采用了壹種新的戰術，軍艦和飛機同時對同壹目標進行協同攻擊，規定艦炮彈道不得高於365米，飛機投彈高度不得低於457米，這樣艦炮與飛機就能發揮更大威力。
八時三十分，在猛烈炮火支援下，美軍開始突擊上陸，陸戰三師在奧羅特半島北部的阿散海灘登陸，陸戰壹旅和七十七師在奧羅特半島南部的阿加特海灘登陸。阿散灘頭，陸戰三師三個團同時展開，在1800米寬的灘頭並肩突擊，由於海岸中珊瑚暗礁很多，只有履帶登陸車能夠上陸，所以全靠履帶登陸車往返接運部隊，最初登陸非常順利，日軍抵抗微不足道，中午前後，全師部隊以及車輛、火炮就全部上陸，隨即發現登陸灘頭地形極其不利，前是高地，後是大海，兩翼是險峻的懸崖，日軍在三面山頂和反斜面部署的火炮居高臨下覆蓋整個登陸灘頭，美軍兩萬余人擁擠在狹小的登陸灘頭，日軍每壹發炮彈都會給美軍造成巨大傷亡，陸戰三團所要攻擊的地形最為險惡，因而傷亡最大，進展最小；陸戰二十壹團和陸戰九團處境相對要好些，在艦炮火力的有效支援下，都占領了當面的山頭，並擊退了日軍的反擊。
南部阿加特灘頭日軍抵抗比北部更兇猛，美軍履帶登陸車剛到達珊瑚礁，就遭到了日軍炮火的猛烈轟擊，轉瞬間就有24輛履帶登陸車被擊毀，占總數的八分之壹，由於履帶登陸車損失慘重，很多士兵只得涉水上岸，被壓制在日軍火力點前，無法前進，而補給品也沒有按計劃運上岸，登陸遇到很大困難。陸戰暫壹旅奮力殺出壹條血路，於中午十壹時許到達了第壹預定目標，暫壹旅旅長也隨之上岸，開設指揮所，率領部隊奮勇沖殺。伴隨登陸部隊上陸的坦克由於地形復雜、遍地障礙和地雷以及錯誤的引導，壹直沒能投入戰鬥，只有壹輛坦克在爭奪加安據點的激戰中，發揮了作用，繞到日軍陣地後方，用炮火摧毀了堅固的據點，為步兵前進打開了通路。全天，戰鬥非常激烈。入夜後，日軍按慣例發起了反擊，美軍早有防備，不斷發射照明彈，壹發現日軍攻擊，立即召喚艦炮火力射擊，日軍攻勢雖然兇猛，卻敵不過美軍的炮火。
1944年7月22日，北部阿散灘頭的美軍在艦炮火力支援下開始向前推進，陸戰九團攻占了皮提造船廠，其先頭部隊已經到達了阿普拉港；陸戰二十壹團攻占了當面的高地，將日軍逐下山頭；陸戰三團最為艱苦，傷亡慘重而進展緩慢，經過多次增援，才奪下了鳥瞰登陸灘頭的高地，並推進至阿格拉至騰爵公路，使美軍的坦克能夠沿著這條公路前進。南部灘頭也是壹番苦戰，陸戰四團經過血戰，才肅清了阿利凡山上的日軍；步兵七十七師之三零五團雖然進展緩慢，但到了天黑時分，終於與陸戰壹旅會合，形成了統壹鞏固的登陸場。
1944年7月23日，南部美軍繼續發展進攻，終於攻占了所有能鳥瞰灘頭的高地。
1944年7月24日，北部美軍也經過三天的激戰，肅清了所有能鳥瞰灘頭的高地上的日軍。南部美軍開始攻擊蘇邁之敵，日軍拼死頑抗，阻止了美軍攻勢。
1944年7月25日晚，日軍向美軍發起了猛烈的反撲，這是經過了多天精心準備的，就以美軍防線的缺口作為目標，先是集中炮火轟擊，再是小股部隊滲透突擊，美軍全力應戰，擊退了日軍多次沖鋒，但日軍根本不顧死傷，攻擊波壹浪接壹浪，終於從北部美軍陸戰三團與九團之間的空隙沖破了美軍防線，有部分日軍甚至壹直沖到了灘頭，美軍後方迅速組織勤雜人員前去堵截，有壹股日軍竟然沖到了美軍陸戰三師的野戰醫院，傷病員紛紛拿起武器投入戰鬥，無法行動的傷員甚至趴在床上開槍，美軍火速調來兩個工兵連，才將這股日軍消滅。其他地區的戰鬥壹直持續到了1944年7月26日中午，終將日軍的這次反擊粉碎，日軍遺留下的屍體多達4000具。
1944年7月26日，日軍第四十八獨立混成旅團長重松少將戰死。
1944年7月27日，南部美軍七十七師攻占了關島的制高點騰爵山，陸戰二十二團在猛烈炮火下攻擊能俯瞰機場的壹個高地，日軍在美軍炮火下無法支撐，不等美軍發起沖擊就放棄了高地。同壹天，北部美軍占領方提臺地。
1944年7月28日，美軍終於奪取了蘇邁，南北兩面的部隊在騰爵山會師。當天日軍關島最高指揮官二十九師團長高品彪中將在戰鬥中被擊斃，前來關島視察因戰鬥打響而滯留的第三十壹軍軍長小畑接替指揮。小畑深知美軍兵力火力都占有較大優勢，為進行持久抵抗，他只留下兩個大隊在關島最狹窄的腰部進行掩護，親率主力撤到聖羅薩山，準備作最後戰鬥。
1944年7月29日，陸戰壹旅奪取了奧羅特半島，這樣美軍就已控制了關島的壹半。美軍指揮關島作戰的最高指揮海軍陸戰隊第三軍軍長蓋格少將決定調整部署，陸戰三師在左、步兵七十七師在右並肩向北發展攻擊，陸戰壹旅負責掩護後方，肅清已經占領地區的日軍殘部。經短暫戰地休整，美軍於1944年7月31日發起了攻擊，在艦炮火力大力支援下，進展順利，十壹時許，陸戰三團占領了關島首府阿格拉。
1944年8月1日，蓋格命令美軍加快推進速度，力爭搶在日軍建立最後防線之前占領聖羅薩山。
1944年8月2日，美軍攻占了提延機場。
1944年8月3日，七十七師攻克巴裏加達村，村裏的水井解決了美軍缺乏淡水的困難。
1944年8月4日，美軍奪取了壹個日軍堅固防禦陣地，殲敵346人。
1944年8月6日，美軍推進到了聖羅薩山下，被日軍炮火所阻，美軍立即召喚艦炮支援，很快壓制了日軍炮火。
1944年8月7日，陸戰壹旅完成了肅清後方的任務，在陸戰三師左翼加入進攻。
1944年8月8日，七十七師攻下了聖羅薩山，陸戰壹旅則推進到了裏提迪安角。
1944年8月9日，七十七師的先頭部隊到達了帕提角。
1944年8月10日，小畑向東京大本營發出了最後的訣別電。美軍攻到了關島的最北端，蓋格宣布關島日軍有組織的抵抗已經被肅清。
但戰鬥並未結束，1944年8月12日，美軍才攻下了日軍最後的壹處陣地，小畑和指揮部的人員不是被殺就是自殺，至此，日軍抵抗才基本被平息。島上還有約9000日軍隱藏在叢林和巖洞中，不時出來騷擾，掃蕩日軍殘部的戰鬥壹直到戰爭結束，1945年9月還有最後壹批日軍約百余人出來投降，9000日軍中的大部因為補給斷絕，在叢林和巖洞中凍餓而死。關島壹戰，美軍陣亡1435人，傷5648人。日軍陣亡18560人，被俘1250人。美軍傷亡比塞班島幾乎少了壹半，主要因為美軍將登陸時間推遲了壹個多月，充分利用這段時間，增加了進攻兵力，加強了艦炮和航空火力準備。這是美軍充分吸取了塞班島的經驗教訓，同時證明在登陸作戰中，炮火準備的重要性，由此看來美軍推遲登陸是極為明智的。 少數日軍士兵依然在叢林堅持抵抗，1945年12月8日，三名美國海軍陸戰隊成員被伏擊及殺死，1972年1月24日，橫井莊壹陸軍中士被獵人發現，他當時已在洞穴內孤獨地生活了27年。
該戰役後，關島成為了盟軍行動的基地，美國海軍工兵營在島上修建了五個大型機場，B-29超級堡壘轟炸機從島上起飛前往轟炸在西太平洋及日本本土的目標。
三名美國海軍陸戰隊成員因為在關島戰役中的英勇表現而被授與榮譽勛章：上等兵弗蘭克·魏若望（死後追贈）、上等兵萊奧納德·梅森（死後追贈）及上尉路易士·威爾遜（後來成為將軍）。
關島將1944年7月21日作為解放日。