帛琉群岛由巴伯尔土阿普岛、佩莱利乌岛、安高尔岛等200多个火山岛和珊瑚岛组成，位于菲律宾东南，是日军在加罗林群岛最西端的战略要地。日本陆军第14师团、第4和第9派遣队以及海上机动第1旅团等部队负责防守该地区，计有陆军部队约1．9万人、海军部队约5000人、工程部队约1．4万人，由第14师团长井上贞卫中将统一指挥。上述部队中，有2．6万人部署在巴伯尔土阿普岛，1．05万人在佩莱利乌岛，1500人在安高尔岛。
日军失去马里亚纳群岛后，帛琉群岛成为它在西太平洋防线上的一个突出地域。美太平洋舰队为了削除这个突出部，决定于1944年秋季夺占帛琉群岛及其附近的雅浦岛、乌利西群岛等地。后因发现日军防线上的薄弱环节，虽未夺占雅浦岛，但于9月15日进攻帛琉群岛的计划并未改变。美军的计划是，绕过日军以重兵防守的帛琉主岛——巴伯尔土阿普岛，而在佩莱利乌和安高尔两岛登陆，尔后在那里整修和扩建原有的机场，为下一步进攻菲律宾创造有利条件。
担任这次进攻任务的地面部队，是美海军陆战第1师和陆军第81师，共约4．2万人。他们随登陆编队于9月初从所罗门群岛南部的鲁塞尔出发，向西北航进。为了掩护帛琉群岛以及摩罗泰岛的登陆作战(见摩罗泰岛盟军登陆)，美快速航母特混编队于8月31日驶入加罗林群岛西北海域，开始轰炸菲律宾的中部和南部，击毁日机约200架、击沉货船和油船13艘，以削弱日军对帛琉群岛守备部队的支援能力。
9月12日，美登陆编队中的舰炮火力支援大队和护航航母支援大队分别驶抵规定水域，对佩莱和乌岛和安高尔岛实施预先火力准备。舰炮和飞机相互配合，向各预定登陆地域连续进行3天的猛烈袭击，摧毁了水际滩头的大部障碍物，以及岸滩上一切能够看见的防御设施。在此期间，扫雷队和水下爆破队在科索尔水道(巴伯尔土阿普岛北)和佩莱利乌、安高尔二岛周围清扫水雷和爆破障碍物，以开辟向登陆场接近的航道。
9月15日晨，载运美海军陆战第1师的登陆舰、运输舰大队，开始在佩莱利乌岛实施突击上陆战斗。防守该岛的日军中约有半数是第14师团的精锐部队。他们采用纵深防御战术，仅在水际滩头配置一小部分兵力，以迟滞美军的上陆行动，而将抗登陆的主要防线设在离开滩头足以避免遭到舰炮轰击的地域，利用不规则地形的各种有利条件，构筑纵横交错的阵地。守岛日军把主要兵力用作预备队，以便在适当时机组织反击。美海军陆战第1师在向岸滩冲击时虽也受到一些抗击，但很快就冲上了岸，并建立了登陆场。可是，当登陆兵向该岛的腹地进攻时却遇到了严重困难。守岛日军钻入数百个预先构筑的坑道或天然的岩洞中进行抗击。这些坑道和岩洞多较坚固，致使担任支援的舰炮和飞机都对它无能为力，而许多坑道和岩洞都相互联通，可以相互支援，使美军很难前进。登陆兵只好使用火箭筒、炸药包和由坦克携带的远距离火焰喷射器，将其一一加以摧毁，因而后来向前推进的速度甚慢。
美陆军第81师的主要任务，是夺占安高尔岛。该岛位于佩莱利乌岛西南，约距6海里。美战列舰“宾夕法尼亚”号、“田纳西”号以及4艘巡洋舰和5艘驱逐舰，自9月12日就开始炮击该岛。与此同时，快速航空母舰和护航航空母舰也派舰载机向安高尔岛投掷了大量炸弹。经过持续3天的舰炮和航空火力准备，至15日已使安高尔岛的抗登陆防御遭到严重破坏。可是，第81师并未在这天(9月15日)开始登陆，而被指定为预备队留船待命，以便在必要时将其投入进攻佩莱利乌岛的作战。至9月16日下午，美前线指挥部认为，陆战第1师无需增援亦可应付佩莱利乌岛上的战斗，便令第81师于次日开始执行自己的任务。
9月17日8时30分许，第81师的第321团和第322团，在舰炮、舰载机以及架在佩莱利乌岛南海岸的陆战队火炮的支援下，从安高尔岛东岸的两个海滩分别登陆。日军抵抗轻微。至20日已将该岛守备部队基本肃清，美军指挥部则令一直留船待命的第81师第323团，在强有力的海空部队护卫下于21日出发，去夺取东北约距30海里的乌利西群岛。日军未在该地布防。第323团于9月23日就将其占领。可是，佩莱利乌岛上的进攻战斗却较艰苦，第81师的第321团遂于23日被调离安高尔岛，去增援海军陆战第1师。
海军陆战第1师肃清佩莱利乌岛腹地之敌的战斗虽不顺利，但日军设在岸边附近的机场在登陆之初就被夺占。早在登陆的第4日(18日)即有美舰载机在该机场紧急着陆，校射飞机开始在那里起降。至10月1日，陆战队第11航空大队已全部转场至此，并在一周之内抢修一条长1800米的轰炸机跑道。巴伯尔土阿普岛上的2．5万余名日军(另500余人被调去增援佩莱利乌岛守军)，已被强大的美海、空兵力严密封锁起来。该岛北面的科索尔水道已被美国舰队用作临时锚地。于是，美军认为这次登陆的任务已基本完成，遂于10月12日宣布；帛琉群岛的登陆阶段已告结束。实际上，佩莱利乌岛上的战事直到1945年2月才算停止。而巴伯尔土阿普岛上的日军到战争结束时才投降。
经过这次登陆作战，美军占据了佩莱利乌岛的机场，其中型轰炸机便可从那里起飞去轰炸约460海里之外的棉兰老岛。特别是获得了具有一个大礁湖的乌利西群岛，给美太平洋舰队提供了重要的前进基地和后勤基地。它可在很大程度上代替马朱罗环礁以及埃尼威托克等基地，为继续西进提供了有利条件。美军通过这次作战，以战死近2000人、负伤约8000人的代价，获得了继续发动攻势的海空基地。也为麦克阿瑟部队进兵菲律宾的行动消除了翼侧威胁。
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