Для высадки морских десантов на Марианских островах были сформированы два отряда: северный и южный.

В состав северного десантного отряда входил 5-й десантный корпус (2-я и 4-я дивизии морской пехоты, 27-я и 77-я пехотные дивизии). Ему предстояло высадиться на западное побережье и овладеть островом Сайпан. Южный десантный отряд включал в себя 3-й десантный корпус (3-я дивизия и 1-я сводная бригада морской пехоты). В задачу этого отряда входило овладение островом Гуам.

Перевозка десантных отрядов морем и обеспечение их высадки на острова осуществлялись соединениями 5-го и 3-го флотов. В составе этих соединений насчитывалось 550 различных кораблей и судов, в числе которых было 7 линейных кораблей, 12 крейсеров, 14 авианосцев и 122 миноносца. Прикрытие десантов с моря, со стороны метрополии и Филиппин, обеспечивалось 58-м оперативным соединением авианосцев 5-го флота, насчитывавшего 15 авианосцев, 7 линкоров, 13 крейсеров и 58 эсминцев. Обеспечение высадки войск и прикрытие кораблей с воздуха осуществлялось авианосной и береговой авиацией в количестве до 1770 самолетов.

Высадке десантов предшествовала трехдневная предварительная авиационная подготовка, проводившаяся в течение 12—14 июня. Массированные бомбовые удары с авианосцев были нанесены по японским аэродромам, зенитным батареям и отдельным опорным пунктам на Марианских островах. На западном побережье острова Сайпан были подожжены поля сахарного тростника, обеспечивавшие скрытное расположение японских позиций на берегу.

В период проведения предварительной авиационной подготовки минные тральщики американского флота и команды подрывников-водолазов произвели очищение прибрежных вод в районе острова Сайпан от минных заграждений.

Переход десанта морем из района Маршальских островов был произведен при полном отсутствии сопротивления со стороны японских военно-морских и военно-воздушных сил.

Высадка на острове Сайпан началась в 8 часов утра 15 июня 1944 г. под прикрытием мощного огня корабельной артиллерии и ударов авиации. В качестве первого броска были высажены подразделения морской пехоты, усиленные танками-амфибиями и инженерными войсками.

Японский гарнизон, оборонявшийся на острове, оказывал серьезное сопротивление, стремясь воспрепятствовать высадке, а затем сбросить высадившиеся войска в море. Однако малочисленность гарнизона, слабая противодесантная оборона и отсутствие эффективной поддержки с воздуха отрицательно сказались на действиях японских войск. Отразить высадку десанта противника им не удалось. К исходу первого дня операции американо-английские войска захватили плацдарм до 10 км по фронту и на 1,5—2 км в глубину и высадили на него главные силы 2-й и 4-й дивизий морской пехоты. На второй день операции плацдарм был несколько увеличен в глубину, что дало возможность высадить на него 77-ю пехотную дивизию и части усиления. Развернувшееся затем наступление американо-английских войск, несмотря на большое превосходство в силах и средствах, развивалось медленно. Основной причиной этого являлась нерешительность действий американо-английского командования всех степеней и недостаточная подготовка морской пехоты для действий на берегу. Бои на острове продолжались в течение 25 дней, причем японский гарнизон полностью уничтожен не был. Группы японских солдат продолжали оказывать сопротивление в отдельных районах острова до половины марта 1945 г.

В период высадки американо-английских войск на остров Сайпан японское командование предприняло первую в 1944 г. попытку нанести поражение американским военно-морским силам. Для этой цели в портах Целебесского моря был сформирован так называемый 1-й маневренный флот в составе 5 линейных кораблей, 13 крейсеров, 9 авианосцев, 31 миноносца и 6 танкеров. На авианосцах имелось 580 самолетов — бомбардировщиков, торпедоносцев и истребителей. Перед этим флотом стояла задача скрытно, как это было при нападении на Пирл-Харбор в 1941 г., подойти к Марианским островам с запада и внезапно нанести мощные бомбовые удары силами авианосной и базовой авиации, находившейся на Марианских островах, по американским авианосцам и другим боевым кораблям. Однако эта операция японского флота, ввиду слабой подготовки, нарушения внезапности нападения и плохой организации взаимодействия между авианосной и базовой авиацией, не удалась. В развернувшихся 19—21 июня 1944 г. боях западнее острова Сайпан три японских авианосца и два танкера были потоплены американской авиацией; серьезные повреждения получили четыре других авианосца, один линейный корабль, один крейсер и один танкер. Потери японского флота в авиации, базировавшейся на авианосцы, составили 297 самолетов, сбитых в воздушных боях и пропавших без вести, и 75 самолетов, совершивших посадку на Марианских островах и не вернувшихся больше во флот.

Ввиду таких серьезных потерь в авиации японское командование 22 июня 1944 г. отдало приказ 1-му маневренному флоту оторваться от противника и отойти под прикрытие базовой авиации в район островов Рю-Кю, а затем в порты метрополии.

Американский 5-й флот, принявший на себя удар японских морских сил, понес также значительные потери в кораблях и авианосной авиации, поэтому преследование японского флота не вел, а продолжал осуществлять обеспечение высадки войск на другие острова в системе Марианских.

21 июня 1944 г. была произведена высадка американо-английских войск на остров Гуам. Так как сопротивление японских войск на этом острове оказалось менее организованным, чем на острове Сайпан, полная его оккупация закончилась к 10 августа. Ведя бои на острове Гуам, американо-английские войска в это же время заняли острова Рота, Тиниан и другие более мелкие острова.