下午，美軍的艦炮轟擊停息了，而美軍海軍陸戰隊1師向周圍高地突破的企圖也失敗，日軍在高地上修築有大量難以觀察到的隱蔽火力點，而且構築了大量坑道，美軍的炮擊不起作用，美軍數次推進都敗了下來，美軍發現日軍槍法奇準，日軍稀稀落落的槍聲帶來的卻是不小的傷亡。憤怒的美軍海軍陸戰隊1師士兵只得在戰壕裡架起槍向四周高地胡射泄憤，已經上陸的美軍海軍陸戰1師炮兵也架起**炮漫無目標的亂轟。日軍見美軍威力強大的艦炮熄火，感覺機會來了，於是步兵獰笑著從坑道里鑽出來，炮兵也從隱蔽巧妙的工事裡把大炮搖了起來，至於日軍坦克早就。已經進入了出擊陣地，日軍摩拳擦掌只等令下。隨著中村州男大佐一聲令下，日軍的火炮同時打響，由於美軍陣地擁擠，日軍的炮擊給予美軍極大震撼，炮聲一響日軍的16輛95式輕型坦克呼的一下就從高地後面竄了上來，隨即猛虎下山似的從高地上猛衝下來，日軍戰車開最高速度衝入美軍陣地，槍炮齊發，在美軍陣地上橫衝直撞，美軍陸戰1師的士兵沒想到到小小貝里琉島的日軍居然有坦克都躲入戰壕裡規避，而日軍95式輕型坦克呼嘯而過，直插美軍後方海灘，很快日95式輕型坦克。就衝到了海灘，海灘上的美軍看到日軍95式輕型坦克衝過來，發生了混亂，紛紛逃避，海灘上堆滿的作戰物資被丟棄，而美軍在架起的大炮也根本來不及轉動炮**擊從側面開來的日軍95式輕型坦克，灘頭上美軍也發生了混亂，美軍的炮兵全部丟下火炮撤退，而日軍從正面高地衝來的步兵也已經撕開了美軍前沿，眼看美軍就要遇到大災難，海灘上突然出現了8輛美軍M4A2坦克，日軍95式輕型坦克對M4A2進行射擊，然而95式輕型坦克。的炮彈打在M4A2上根本無效，海灘上原本慌亂分散的美軍看到了自己的坦克也就穩定了下來，經過一場激烈的坦克對射日軍16輛95式輕型坦克被全部擊毀，而美軍只有1輛M4A2被日軍95式輕型坦克擊斷了履帶，美軍的M4A2坦克擊毀了深入美軍後方的日軍戰車後，火速向前推進，爲前沿美軍提供火力支撐，海灘上美軍也穩住了神，紛紛向前支援前沿，而炮兵重新回到炮位，發射炮彈支持前沿的抵抗，日軍反擊的步兵見美軍逐漸穩定了下來，美軍的抵抗兵力越來越多，火力也越來越猛，繼續向前突破非常困難，立即請示中村州男大佐要求撤退，中村州男大佐見不對立即下令停止反擊，訓練有素的日軍在火炮掩護下迅速撤回，傷亡並不大，日軍反擊失敗，按照以往的經驗，美軍很快就能打開局面，因此美軍海軍陸戰隊第1師上上下下都鬆了口氣，然而在佩裡硫這個經驗並不靈驗，實際上美軍還要在貝里琉島惡戰5個多月才能掌握島上局勢。
日軍反衝擊失敗後，穩住陣腳的美軍海軍陸戰隊1師開始對貝里琉島的縱深猛烈攻擊，然而美軍發現這島的日軍實在厲害，冷槍手無處不在，美軍的衝擊根本沒辦法，海軍的戰艦補足了炮彈全力配合衝擊效率也不大，2天海軍陸戰隊1師竟然！只推進了200碼，美軍改變策略，不再進攻正面高地改爲進攻側翼高地，很快發揮作用，美軍海軍陸戰隊1師逐步取得些進展，1944年9月18日美軍打到島上的機場，然而日軍抵抗越來越激烈，美軍前進一步都困難，美軍抵達機場後，立即就進駐了飛機，然而這個機場美軍並沒有完全控制，只完全控制了幾百米的跑道，美軍飛機起飛降落都遭到日軍的槍擊，美軍飛機起飛時就開始用機槍掃射，剛離開跑道就扔凝固***，這種場面在此前是聞所未聞，在太平洋戰場上這也是絕無僅有的場面。
美軍海軍陸戰隊1師在第1個星期的戰鬥中傷亡就達到4000人，不過日軍的彈藥並不充分，所以陸戰1師仍然能夠堅持，到了9月20日，美軍海軍陸戰隊1師仍然在機場與日軍對峙，美軍上下都感到沒辦法。9月22日在帕勞主島的日軍第14師團決定向貝里琉島派發援軍，當天下午10時三十分第14師團步兵第15聯隊第3大隊1箇中隊250人從主島搭乘海上機動第1旅團輸送隊第1中隊的6艘舟艇先行出發，23日上午5時竟奇蹟般的衝過美軍封鎖線在貝里琉島登陸成功，只傷亡了14人。9月23日晚8時30分第14師團步兵第15聯隊第3大隊主力以及500名搬運工共計1200人攜帶大量補給物資前往貝里琉島登陸，但中途被美軍發現，日軍攜帶的補給品全數被毀，只有幾百步兵攜帶少量彈藥與貝里琉島日軍匯合。此後由於美軍加強巡邏，帕勞主島日軍再也無法給予貝里琉島任何支援了，但美軍在貝里琉島仍長期無進展。
由於貝里琉島戰役持續無進展，美軍又在1944年9月23日把陸軍第81師321團也投入了貝里琉島，也就在這一天美軍總算是佔領了整個機場，但機場旁邊的高地仍然被日軍控制，美軍飛機仍然是在槍林彈雨裡起飛著陸，離開跑道就丟**。由於美軍在登陸貝里琉島之前，已經下達了放棄登陸帕勞的命令，尼米茲上將攻擊帕勞羣島的作戰等於是廢棄了，美軍最後執意奪取帕勞羣島，作戰意圖就變成了支援菲律賓作戰的戰役，利用奪取的帕勞羣島航空基地，爲登陸萊特島提供支援，但在貝里琉島打成了僵局，別說什麼支援萊特島登陸了，這眼看這就要扯美軍菲律賓戰役的後腿了，美軍大量的戰艦與彈藥被牽制在了佩裡硫島，成了個扯後腿的雞肋，至於打帕勞主島美軍更是徹底失去了信心，想都不去想了，有趣的是當初進攻帕勞的戰役，美軍就命名爲僵持行動，在貝里琉島真的打成了僵持行動。
美軍佔領機場後打到10月仍無明顯進展，美軍海軍陸戰隊第1師組織了一些攻勢，取得了有限的進展，但脫離艦炮支援後又僵持住了，雖然日軍又組織了大的反衝擊一度打的美軍海軍陸戰第1師節節敗退，但美軍空前的海空火力支援，加上陸軍81師321團的援助，最後還是幫助美軍海軍陸戰隊第1師穩住了防線，於是美軍與日軍進入拉鋸狀態，日軍打不走美軍，美軍也奈何不了日軍，這時的貝里琉島戰役真的成了扯美軍後腿的戰役，已經打亂了美軍登陸萊特島的計劃，而到了10月中旬麥克阿瑟上將實在等不及了，決定不管貝里琉島，把艦隊撤了，並乾脆宣佈10月12日美軍已經結束了貝里琉戰役，並於10月20日發動了登陸萊特島作戰，這時關於貝里琉到底該怎麼辦，美軍內部又起了爭論，一部分人認爲，貝里琉島戰役本來就是多餘的，應該從貝里琉島撤軍，趁早結束這個早就被放棄了的戰鬥，但大部分人認爲，貝里琉島應該堅決打到底，因爲爲了這個島美軍已經付出了太大的傷亡代價，就這樣結束，那麼前面付出的所有犧牲與代價就全部浪費了。最後達成共識，這個戰役或許根本就不應該去打，但既然已經付出了太大的代價，那麼就不能白付，要用任何代價打到底是貝里琉島的命運就這樣被決定了。
美軍堅決要完全打下貝里琉島，依靠現有兵力已經做不到，所以美軍決定將81師主力以及炮兵部隊也投入貝里琉島，這樣美軍完全拿下貝里琉島就有了可能，美軍依託巨大的兵力優勢與物資優勢，靠*****，**，炮彈，**以及大量的步兵，一碼一碼的推進，一個洞一個洞的打、燒、炸，沒日沒夜的與日軍拼命，而日軍到了11月彈藥耗盡了，1944年11月8日，中村州男大佐認爲，貝里琉島守不住了，給14師團發出電報，聲稱彈藥已經基本耗盡，多數士兵已經沒子彈了，根本無法正常作戰，決定組織萬歲衝鋒，但遭14師團司令部的拒絕。11月22日，美軍衝到了中村州男大佐步兵第2聯隊指揮部附近，當天上午7點40分，中村州男大佐發電14師團司令部，中村州男大佐報告了戰況並指出電池已經快耗盡，這可能是最後的訣別，另外告知步兵第2聯隊的軍旗已經妥善處置，機密文件已經銷燬。
11月22日當天美軍對中村州男大佐的指揮所發動了總攻擊，動用了大量的*****。激戰到11月24日下午，指揮所的日軍守備部隊傷亡嚴重，彈藥耗盡，已經無力阻止美軍的攻擊了，下午16點中村州男大佐最後發電第14師團司令部，表示將成爲凋謝的櫻花。燒掉軍旗和機密文件後切腹自殺，並因此役於死後被連升兩級，成爲陸軍中將。中村州男大佐在守備貝里琉島的過程中獲得日軍守備總部的十一道慰問狀以及全軍通報陸海軍最高指揮官的感謝狀，很是風光。死後連升兩級，沖繩守備司令牛島滿死後也只晉升了一級。當天晚上中村州男大佐命令還有行動力的日軍逃離指揮所，隨後中村州男大佐自殺，隨同自殺的還有60名無法行動的傷兵，從此貝里硫島上的日軍失去了有組織的抵抗。
11月27日美軍正式宣佈完全佔領貝里琉島，實際大規模作戰73天，並宣佈日軍貝里琉守備隊全滅，僅160人被俘。但島上掃蕩殘餘日軍的戰鬥仍在激烈進行，在12月底美軍發動大規模的全島掃蕩，掃蕩島上展開游擊戰的日軍小股士兵。