对于塞班岛上仍受着美军轰炸机不停落下的250公斤和100公斤炸弹的日军守军来说，今天的故事还远未结束。
米契尔中将也知道在日军舰队还未和岛上的日本陆军形成合力的情况下抢占塞班岛的重要性。所以他命令四艘航母上起飞了大约24架侦察机，向舰队的各个方向飞行，以图发现日军舰队的位置。但是直到现在日军舰队还未出现在该海域，米契尔中将相信之前的佯攻战术已经发挥了奇效，有效地将日军舰队拖在了硫磺岛附近。于是他在第二波攻击机群还没有完成轰炸的时候就派出了第三波攻击机群，其中还有很多是紧急维修、补充了燃油和弹药的第一波攻击群中的轰炸机。
当蒙特中校于两个小时后再次率领第三波攻击群来到塞班岛上的时候，这个面积为180多平方公里的岛屿已经改变了模样。美丽的珊瑚礁不见了、椰子树不见了，那些日军修建的建筑物也无影无踪。岛屿上空再也看不见一架日军飞机，而岛上的机场和各个高射炮阵地正在冒着浓烟和大火。
看到日本人是处于这样的情况，蒙特中校当然毫不客气地指挥第三波攻击机群将携带的所有炸弹都用在了日军阵地上。这一次不仅是机场，就连那些岸防炮和岛上的日军炮兵阵地、兵营和物资仓库也遭到了轰炸。一时间塞班岛上空到处都是美军飞机呼啸而下的声音。到最后看见日军已经放弃了抵抗，就连在天空中盘旋警戒的美军歼五熊猫式战斗机和f6f地域猫式战斗机也俯冲了下来，对着正在组织高射机枪对空射击以及救火的日军士兵进行扫射，这些战斗机飞行员终于过了一把瘾。
等到半个小时后，蒙特中校带着完好无损的第三波攻击机群离开塞班岛上空的时候，塞班岛上已经一片狼藉。在丧失了防空火力的情况下，岛上的五万日本陆军转入了地下工事，等待美军的登陆。
米契尔中将得到蒙特中校的亲自报告后，非常之高兴。附近没有发现日军舰队，而最近的岛屿也不足以使得其上的日本陆基飞机来增援塞班岛。至少在今天，塞班岛的上空是属于美国人的。于是他立即命令四艘重型航母和六艘护航航母轮流派出飞行队，到塞班岛上空进行巡逻。而第58特遣舰队中由韦尔斯.李海军中将指挥的第七支队前出负责对塞班岛进行炮击。第七支队是战列舰编队，拥有华盛顿号(bb-56）、北卡罗来纳号(bb-55）、爱荷华号（ussiowa,bb-61）、新泽西号(bb-62）、南达科他号（bb-57）、阿拉巴马号（bb-60）、印第安纳号（bb-58）七艘战列舰和其他四艘重巡洋舰以及十四艘驱逐舰。这样的火力用来炮击一个长约19公里，宽约9公里的塞班岛简直有一点奢侈，要知道那些战列舰上的火炮口径相比陆军所使用的火炮来说都是惊人的。每一发发射出去都会发出类似火车般的轰鸣声。
在战列舰弹射出的校炮侦察机的观察之下，一发发战列舰主炮射击出来的炮弹准确地落在日军的工事之上，激起漫天的烟尘。但是随后低飞的校炮飞机发现炮击的效果并不好。原因是日军早已预料会不可避免地遭到美国海军舰炮轰击，所以将岸防堡垒修筑得特别坚固。它们不但角度刁钻，有效地利用了地形进行掩护，而且采用了钢筋水泥进行加固，上面还盖上了岛上特产——椰子壳。战列舰的炮弹引信是碰炸的，所以碰在外面椰子壳加固的表层就发生了猛烈的爆炸，威力并没有穿透地堡。除非直接攻击到地堡薄弱的顶盖部位，或者从观察口中射入，否则难以对地堡产生真正的威胁。当然了，守卫在其中的日军士兵则被震死震伤了不少，后来日军干脆将所有战斗人员都聚集在了地下屯兵洞中，地堡中只留下几个观察人员而已。
虽然炮击效果并不好，但是至少也有效地彻底摧毁了塞班岛上日军表面工事。下午3点，载着坦克和装甲车以及大量士兵的登陆船队开始靠近塞班岛，登陆艇勇敢地冲上了沙洲，放下了一队又一队的士兵。赛纳中将所指挥的联合远征军部队登上了塞班岛。
原本美军的情报是岛上有三万日军，但是其实日本在从中国大陆撤军后，塞班岛上的日军驻军又增加了一个师团，达到了五万人。这样一来赛纳中将的士兵刚刚冲上沙洲，还没有来得及庆祝，就立即迎来了日军的热烈“欢迎”。沙滩后面由椰子树林掩护着的地堡中喷射出猛烈的火焰，日军轻重机枪集中对沙滩上毫无掩护物的美军进行射击。这个时候美军还没有多少登陆作战的经验，海军和陆军配合并不严密，所以一时间登陆场上的美军居然有被赶下水的危险。几辆坦克也被日军反坦克炮火命中，变成了沙滩上的一堆废铁，倒是给美军士兵了几个有限的掩护物。
在情况十分危急的时候，天空中的美军战斗机勇敢地俯冲了下来，用机上的12.7毫米重机枪狠狠地对着地堡射击口进行射击，一时间火花四射，肉眼可见地堡的射击口中喷出了一朵朵血花。这中疯狂地进攻倒是阻碍了日军的射击，甚至使得一队冲出地堡准备逆袭登陆场上的美军的日军士兵阵亡在半途上。随后登陆场上的美军指挥官看到这种空中掩护的有效性，越过联合远征军司令部和第58特遣舰队司令部，直接通过无线电联系到空中的己方战斗机和轰炸机，开始了初步的空地配合作战。而特纳中将和米契尔中将发现这样的情况后均未加制止，反而创造条件使得空中进行增援的美军舰载机不断飞临登陆场上空，有效地发挥了空中火力对地面进攻的支撑作用。随后第七支队的驱逐舰冒险开到了登陆艇所在的位置，用其上的中小口径舰炮直射提供炮火支援，而战列舰和巡洋舰则对后方可能的日军地下通道、兵力集结地进行持续的轰击。
在这样无比浪费弹药的战术之下，登陆场终于被巩固了，然后一队队的士兵和一箱箱的物资被运送到登陆场之上。而这个时候，太阳也落入了海天交界处，对于美国和日本两个交战方来说很重要的一天结束了——
就在美军成功登陆了塞班岛，开始按部就班地清理岛上工事中的日军的时候。美军第五舰队司令斯普鲁恩斯中将在17日发出了登陆关岛的命令。因为米契尔中将三日来大量派出的侦察机一直没有发现日军联合舰队的位置，这使得斯普鲁恩斯中将认为日本海军可能像在马绍尔群岛战役中那样放弃了对马里亚纳群岛这些岛屿的防守。仅仅是在消耗美军的后勤补给和时间而已，所以他命令米契尔中将加快几个岛屿的占领速度。
可是命令发出去不久，在外围监视的美军潜艇就发来了令人不安的消息。18时35分，美国潜艇飞鱼号报告在圣贝纳迪诺海峡发现一支日本舰队，19时45分，另一艘美国潜艇海马号在菲律宾苏里高海峡北部岷答那娥附近也发现另一支日本舰队。到了18日夜里，又一艘美国潜舰传来接触报告。
这样一来，斯普鲁恩斯中将就不得不重新审视当前的状况。依据大量的接触情报来看，基本可以肯定这一次日本海军不会放弃由日本陆军负责把守的马里亚那群岛。这就是这一次日本海军将和日本陆军共同作战，美军将要面临更加严峻的挑战。虽然日本陆军和海军历来不和，但是这一次美军将他们都逼迫到了悬崖边缘。一来如果马里亚纳群岛失守，日军南方军就会跟本土隔离开来，所以日本陆军必须投入全力。二来，如果马里亚纳群岛失守，日本海军就再无战略纵深可言，覆灭是肯定的。所以在美军的巨大威胁之下，两个有成见的军队空前的紧密配合在了一起。
由于双方舰队18日时即可能接触，于是斯普鲁恩斯重新下令推迟登陆关岛的时程，全力支持塞班岛的登陆场，并伺机歼灭日军联合舰队，达到一劳永逸的目的。斯普鲁恩斯中将是一个非常谨慎的人，即使现在第58特遣舰队的第一与第四支队已经返回，他仍然力主从特纳的联合远征军舰队抽出8艘巡洋舰、21艘驱逐舰来强化第58特遣舰队的军力，这使得后者的实力达到了空前的庞大。而剩下的联合远征军的登陆舰队则先开往东方海域避风头。
18日，美军第58特遣舰队已经做好了与日军舰队的接战。潜艇的大量接触情报使斯普鲁恩斯以为日本至少动用两支舰队，一支先诱开第58特遣舰队，另一支趁机攻击塞班岛的美军登陆部队。于是斯普鲁恩斯下令确切掌握日本舰队位置之前，第58特遣舰队不得远离塞班岛。这个保守的做法最终使得美军舰队被束缚在塞班岛附近，而没有达到本次战役的目的。