ペリリュー島の浜街道を進撃してくるアメリカ軍を必死に食い止めようと日本軍兵士は野砲退院と77ミリ野砲で反撃に出た。日本軍兵士はアメリカ軍に殺害されて斃れた。崩壊した77ミリ野砲の側に、野砲隊員の死体が散乱した。敵味方入り乱れての殺し合いは再開された。アメリカ軍は多くの死傷者を出しながらも、この二回目の強行上陸で飛行場南西端に約一個連隊の上陸に成功していた。そして夕刻までにはさらに 地歩を拡大、戦車をともなって飛行場の南東端近くまで進出してきた。日本軍の抵抗はすさまじかった。
ペリリュー島上陸2日目の16日夜から翌17日にかけて、アメリカ軍は飛行場を含む島の南部をほぼ手中にした。両軍の損害も大きく、死傷者の続出は止まなかった。アメリカ軍に橋頭堡を築かれた後に、日本軍の損害は急カーブで上昇し始めた。状況不利と判断して9月16日午後4時30分に日本軍は「第一号反撃計画」の実行を命じられた。第二連隊本部直轄部隊として待機した第一大隊の中から斬り込み決死隊を編成した。海岸陣地で朝から激戦を交えた第二大隊の予備部隊、さらにペリリュー守備の日本軍兵士の唯一の機械化部隊である師団戦車隊を加えて反撃を開始した。
地上戦は荒れて、アメリカ軍はウムブロゴル稜線への攻撃で多くの死傷者を出した。困難な状況と海兵隊の高い消耗率にもかかわらず、アメリカ軍の増援を受け入れることに消極的であった。同じく膠着状態Ⅱに配属された第81歩兵師団の一部は、9月17日の隣国アンガー島上陸作戦に投入された。ペリリューでの戦術的優位は鈍った。パラオ北部から散発的に増援を受けたペリリュー島北部の日本軍は、ウムルブロゴル山塊の防衛線が海兵隊に包囲されて、じわじわと減らされ、死傷者が増えた。
ペリリュー島の戦いで、アメリカ軍の死傷者は戦死1,544人、負傷者6,843人に昇った。749人を出したのに対し、第7海兵連隊は46％の死傷者を出した。現在の戦闘力基準では「戦闘不能」とみなされる。日本軍は11,000人近くが戦死したが、捕虜になったのはペリリュー島の日本軍のごく一部である301人だけだった。
