1943年5月11日，1.1万美军分成三路在阿图岛登陆，一支在东北部，另两支的东南部。作战计划是登陆之后，两个方向的部队对进，占领阻隔两个登陆场那座高山间的隘口，会合之后再由东向西推进，将日本人赶下海。
美军登陆比较顺利，几乎没有遭遇日军的有效抵抗。从当年的历史照片上可以看到，当天美军在登陆的黄沙滩和蓝沙滩秩序井然，士兵脸上也没有特别紧张的神情，仿佛大家都是在一个无人小岛进行演习。那时，日军躲在云雾缭绕的高山之上，被美军舰炮压制着。
接下来的是一场苦战，给美军造成巨大麻烦的是地形和天气。在光秃秃的荒原上向40°以上的斜面发起冲锋，难度可想而知。找不到隐蔽物遮拦的美军为了减少损失，只能步步为营，战事由此拖延。而当时岛上气温接近冰点，彻骨寒冷，美军很多人没有御寒物品，只穿着夹军服和半高帮的皮鞋。他们的耳鼻面孔被冻伤，手指脚趾冻得发紫变黑，很多人因此不得不因冻伤而截肢。
更糟的是，由于冻土地带处于解冻时期，美军的登陆车和昵称为“猫”的拖拉机经常陷在泥里寸步难行。没有办法的美军士兵只能靠人力拉着火炮前进，甚至排成人龙，手递手地向前线传送弹药和给养。
但日本人状况已濒临绝境，他们没有向岛西部撤出，从而被困在东部的冻土高山上，频繁遭受飞机轰炸和大口径舰炮轰击，伤亡惨重，同时食物将尽，药品被用光。
5月29日夜，守岛日军在指挥官山岐保代的率领下突然冲下山对美军位于谷地的中心营地发动赌博式攻击，试图夺取美军军火。由于黑暗和大雾，美军被打了个措手不及，中心营地伤员和后勤人员惨造屠戮，日军再冲上另一个高地就将夺取美军辎重。
此时，500名维护车辆装备的美国工程兵挽救了危局。这些没有受过多少正规军事训练的工程兵，居然打退了日本人的多次冲锋，守住了那个至为关键的山头，并把日本人逼下了山谷。后来，那座山就被命名为“工程师岭”。
弹尽粮绝的日军5月30日在谷地内集体自杀。日军士兵临死前密密麻麻地聚在一起，把手榴弹绑在胸口拉动引信。巨大爆炸过后，死尸残缺不全地叠在一起，惨不忍睹。
阿图岛战役结束，2665名驻岛日军只有27人幸存。大多是自杀未遂者。