1944年7月24日美国海军陆战队第2师与第4师于早晨，采取“声东击西”登陆战术欺骗日军：海军陆战队是自北方塞班岛乘坐舰艇横越窄小海峡，在美国海军舰队不停发炮轰击天宁岛下，火力掩护海军陆战队登陆，导致岛上北方日军守军果然中计，分派兵增援攻击西南方假的佯装登陆第2师美军100艘两栖登陆艇，但是还没上岸第2师就在海上转船回岛西北边登陆，真的美军海军陆战队第4师第一波150艘两栖登陆艇就在稍后7时岛上西北方先登陆成功;
但是美军也因为日军岸炮在近岸200米时日守军猛烈开岸炮反击导致伤亡：科罗拉多号战舰(BB-45)与诺曼.史考特号驱逐舰(DD-690)被日军岸边6吋炮炮火击中：科罗拉多号战舰被日炮命中22发炮弹导致美国水兵44人阵亡;诺曼.史考特号驱逐舰号军舰则被日军岸炮击中6次，舰长Seymore Owens与其他同船美军士兵22人都因此阵亡。
日军4个旅团在美军于西北岸登陆时，紧急调派以多管75mm口径迫击炮集中攻击登陆美军，导致登陆当时美军第4师与第2师的一个旅团当场阵亡15兵，伤220个美军;美军伤亡轻微，证明防范火力薄弱日军中计。
日军采取与塞班岛同样的顽强守岛战术，白天躲避休息晚上找美军夜战，24日深夜日军2500名发动夜战攻击美军，但是美军不停对空发射照明弹导致日军失去夜战优势败退，美军还击毁4辆日军坦克，击毙2位日军上尉连长。
7月25日美军第2师也全部登陆，与第4师会师共同往南进攻;日军征调当地岛上住民男性16岁--45岁3500人分成6队，沿岛上市街闹区中心布防抵抗美军，美军自25日战到30日才战胜当地民兵，继续追攻日军。
7月31日，在美军追击已至南方扫荡，日军放弃岛上唯一淡水井，全部撤退到岛北最后一道日军防线，沿着岛北飞机场旁高地布防，与美军进入决战时刻，陆续出现日军竟开始采取恐怖的“自杀作战”攻击美军;当天深夜，日军岛陆军司令“绪方敬志”大佐向外岛上司日军第31军军长小畑英良中将(也在几天后的8月11日关岛战役玉碎)通报最后一通电话：表明已经弹尽援绝、将死守到底的殉国玉碎决心;
8月1日从黎明到傍晚一整天，日军全体9000兵力总共向美军进攻3次，通通被美军猛烈炮火击退;第1021航空队(司令官?粟野原仁志 大佐)与林姓技术少佐多数日军都在这一天阵亡。
8月2日黎明，岛陆军司令 绪方敬志 大佐在向日本天皇照片虔敬跪拜后焚烧军旗(所谓“奉焼”)，率领最后1000名日军与岛民兵攻美军;绪方敬志因此战被美军机枪击中阵亡。日本空军第1航空舰队司令长官角田觉治中将在跑出司令部壕沟，朝攻至司令部美军丢掷手榴弹炸毙数名美军后，留下最后一颗手榴弹拔去安全梢、喊著“日本万岁!”爆炸声中自尽，接着第56警备队司令大家吾一大佐作战中弹阵亡，接着日本空军第1航空舰队参谋长：三和义勇大佐(上校已经切腹自杀，随从参谋早把尸体埋在岛上某处，随从参谋也都跟着全部自杀了))。
8月3日黎明，已无日军枪炮响;美军已经占领。
天宁本岛上剩一个日本兵Murata Susumu还在向美军作战，后来才出来向数万美军投降，这时已经是战争结束8年后的1953年。
但是原本就有飞机场的天宁岛不同于塞班岛多山丘，平坦天宁岛美军就使用坦克与平射炮作战更具威力，所以美军才9天便夺占此岛。
天宁岛战役也是太平洋战役里美国空军第一次空投凝固汽油弹，120枚挂载于可抛式副油箱(jettisonable tanks)载点的任务中，其中25枚是凝固汽油混合物，其余为石油-汽油混合物;投射任务由P-47战斗机负责，其中有14枚为哑弹，作战结论是凝固汽油弹对于烧除敌军表面伪装的成效极为良好，飞机在烧除敌军伪装后可用机枪进行有效扫射;也因为岛上都是树木，美军早已经把此岛规划增建机场跑道，故空投燃夷弹提早整理地面争取时间。
结局
数百名日军在天宁岛西南角落Aguijan小岛丛林里奋战不懈数个月，日军上尉连长Kinichi Yamada带领部队作战，直到1945年9月4日天皇已经宣布日本投降他们仍就持续抵抗，不久后才投降-延迟投降的原因有可能是出自勇气，也可能是收音机坏掉收不到投降命令。
美军攻占天宁岛后成为极具战略影响大局的岛：天宁岛开始修缮容纳50,000营房基地及加长飞机场跑道，工事由15,000名美国海军工兵队完成，赶工完成后成为太平洋战争里最繁忙之要地，美军工兵修筑6条2,400米飞机跑道以符合B-29轰炸机之起降需求，自此B-29开始攻击菲律宾、琉球群岛以及日本本土，第二次世界大战太平洋战争因此出现重大转变-盟军轰炸机可以天天轰炸日本本土的重要设施，而非以往隔几天才能炸一次的窘境了。