對於塞班島上仍受着美軍轟炸機不停落下的250公斤和100公斤炸彈的日軍守軍來說，今天的故事還遠未結束。
米契爾中將也知道在日軍艦隊還未和島上的日本陸軍形成合力的情況下搶佔塞班島的重要性。所以他命令四艘航母上起飛了大約24架偵察機，向艦隊的各個方向飛行，以圖發現日軍艦隊的位置。但是直到現在日軍艦隊還未出現在該海域，米契爾中將相信之前的佯攻戰術已經發揮了奇效，有效地將日軍艦隊拖在了硫磺島附近。於是他在第二波攻擊機羣還沒有完成轟炸的時候就派出了第三波攻擊機羣，其中還有很多是緊急維修、補充了燃油和彈藥的第一波攻擊羣中的轟炸機。
當蒙特中校於兩個小時後再次率領第三波攻擊羣來到塞班島上的時候，這個面積爲180多平方公里的島嶼已經改變了模樣。美麗的珊瑚礁不見了、椰子樹不見了，那些日軍修建的建築物也無影無蹤。島嶼上空再也看不見一架日軍飛機，而島上的機場和各個高射炮陣地正在冒着濃煙和大火。
看到日本人是處於這樣的情況，蒙特中校當然毫不客氣地指揮第三波攻擊機羣將攜帶的所有炸彈都用在了日軍陣地上。這一次不僅是機場，就連那些岸防炮和島上的日軍炮兵陣地、兵營和物資倉庫也遭到了轟炸。一時間塞班島上空到處都是美軍飛機呼嘯而下的聲音。到最後看見日軍已經放棄了抵抗，就連在天空中盤旋警戒的美軍殲五熊貓式戰鬥機和f6f地域貓式戰鬥機也俯衝了下來，對着正在組織高射機槍對空射擊以及救火的日軍士兵進行掃射，這些戰鬥機飛行員終於過了一把癮。
等到半個小時後，蒙特中校帶着完好無損的第三波攻擊機羣離開塞班島上空的時候，塞班島上已經一片狼藉。在喪失了防空火力的情況下，島上的五萬日本陸軍轉入了地下工事，等待美軍的登陸。
米契爾中將得到蒙特中校的親自報告後，非常之高興。附近沒有發現日軍艦隊，而最近的島嶼也不足以使得其上的日本陸基飛機來增援塞班島。至少在今天，塞班島的上空是屬於美國人的。於是他立即命令四艘重型航母和六艘護航航母輪流派出飛行隊，到塞班島上空進行巡邏。而第58特遣艦隊中由韋爾斯.李海軍中將指揮的第七支隊前出負責對塞班島進行炮擊。第七支隊是戰列艦編隊，擁有華盛頓號(bb-56）、北卡羅來納號(bb-55）、愛荷華號（ussiowa,bb-61）、新澤西號(bb-62）、南達科他號（bb-57）、阿拉巴馬號（bb-60）、印第安納號（bb-58）七艘戰列艦和其他四艘重巡洋艦以及十四艘驅逐艦。這樣的火力用來炮擊一個長約19公里，寬約9公里的塞班島簡直有一點奢侈，要知道那些戰列艦上的火炮口徑相比陸軍所使用的火炮來說都是驚人的。每一發發射出去都會發出類似火車般的轟鳴聲。
在戰列艦彈射出的校炮偵察機的觀察之下，一發發戰列艦主炮射擊出來的炮彈準確地落在日軍的工事之上，激起漫天的煙塵。但是隨後低飛的校炮飛機發現炮擊的效果並不好。原因是日軍早已預料會不可避免地遭到美國海軍艦炮轟擊，所以將岸防堡壘修築得特別堅固。它們不但角度刁鑽，有效地利用了地形進行掩護，而且採用了鋼筋水泥進行加固，上面還蓋上了島上特產——椰子殼。戰列艦的炮彈引信是碰炸的，所以碰在外面椰子殼加固的表層就發生了猛烈的爆炸，威力並沒有穿透地堡。除非直接攻擊到地堡薄弱的頂蓋部位，或者從觀察口中射入，否則難以對地堡產生真正的威脅。當然了，守衛在其中的日軍士兵則被震死震傷了不少，後來日軍乾脆將所有戰鬥人員都聚集在了地下屯兵洞中，地堡中只留下幾個觀察人員而已。
雖然炮擊效果並不好，但是至少也有效地徹底摧毀了塞班島上日軍表面工事。下午3點，載着坦克和裝甲車以及大量士兵的登陸船隊開始靠近塞班島，登陸艇勇敢地衝上了沙洲，放下了一隊又一隊的士兵。賽納中將所指揮的聯合遠征軍部隊登上了塞班島。
原本美軍的情報是島上有三萬日軍，但是其實日本在從中國大陸撤軍後，塞班島上的日軍駐軍又增加了一個師團，達到了五萬人。這樣一來賽納中將的士兵剛剛衝上沙洲，還沒有來得及慶祝，就立即迎來了日軍的熱烈“歡迎”。沙灘後面由椰子樹林掩護着的地堡中噴射出猛烈的火焰，日軍輕重機槍集中對沙灘上毫無掩護物的美軍進行射擊。這個時候美軍還沒有多少登陸作戰的經驗，海軍和陸軍配合並不嚴密，所以一時間登陸場上的美軍居然有被趕下水的危險。幾輛坦克也被日軍反坦克炮火命中，變成了沙灘上的一堆廢鐵，倒是給美軍士兵了幾個有限的掩護物。
在情況十分危急的時候，天空中的美軍戰鬥機勇敢地俯衝了下來，用機上的12.7毫米重機槍狠狠地對着地堡射擊口進行射擊，一時間火花四射，肉眼可見地堡的射擊口中噴出了一朵朵血花。這中瘋狂地進攻倒是阻礙了日軍的射擊，甚至使得一隊衝出地堡準備逆襲登陸場上的美軍的日軍士兵陣亡在半途上。隨後登陸場上的美軍指揮官看到這種空中掩護的有效性，越過聯合遠征軍司令部和第58特遣艦隊司令部，直接通過無線電聯繫到空中的己方戰鬥機和轟炸機，開始了初步的空地配合作戰。而特納中將和米契爾中將發現這樣的情況後均未加制止，反而創造條件使得空中進行增援的美軍艦載機不斷飛臨登陸場上空，有效地發揮了空中火力對地面進攻的支撐作用。隨後第七支隊的驅逐艦冒險開到了登陸艇所在的位置，用其上的中小口徑艦炮直射提供炮火支援，而戰列艦和巡洋艦則對後方可能的日軍地下通道、兵力集結地進行持續的轟擊。
在這樣無比浪費彈藥的戰術之下，登陸場終於被鞏固了，然後一隊隊的士兵和一箱箱的物資被運送到登陸場之上。而這個時候，太陽也落入了海天交界處，對於美國和日本兩個交戰方來說很重要的一天結束了——
就在美軍成功登陸了塞班島，開始按部就班地清理島上工事中的日軍的時候。美軍第五艦隊司令斯普魯恩斯中將在17日發出了登陸關島的命令。因爲米契爾中將三日來大量派出的偵察機一直沒有發現日軍聯合艦隊的位置，這使得斯普魯恩斯中將認爲日本海軍可能像在馬紹爾羣島戰役中那樣放棄了對馬里亞納羣島這些島嶼的防守。僅僅是在消耗美軍的後勤補給和時間而已，所以他命令米契爾中將加快幾個島嶼的佔領速度。
可是命令發出去不久，在外圍監視的美軍潛艇就發來了令人不安的消息。18時35分，美國潛艇飛魚號報告在聖貝納迪諾海峽發現一支日本艦隊，19時45分，另一艘美國潛艇海馬號在菲律賓蘇里高海峽北部岷答那娥附近也發現另一支日本艦隊。到了18日夜裡，又一艘美國潛艦傳來接觸報告。
這樣一來，斯普魯恩斯中將就不得不重新審視當前的狀況。依據大量的接觸情報來看，基本可以肯定這一次日本海軍不會放棄由日本陸軍負責把守的馬里亞那羣島。這就是這一次日本海軍將和日本陸軍共同作戰，美軍將要面臨更加嚴峻的挑戰。雖然日本陸軍和海軍歷來不和，但是這一次美軍將他們都逼迫到了懸崖邊緣。一來如果馬里亞納羣島失守，日軍南方軍就會跟本土隔離開來，所以日本陸軍必須投入全力。二來，如果馬里亞納羣島失守，日本海軍就再無戰略縱深可言，覆滅是肯定的。所以在美軍的巨大威脅之下，兩個有成見的軍隊空前的緊密配合在了一起。
由於雙方艦隊18日時即可能接觸，於是斯普魯恩斯重新下令推遲登陸關島的時程，全力支持塞班島的登陸場，並伺機殲滅日軍聯合艦隊，達到一勞永逸的目的。斯普魯恩斯中將是一個非常謹慎的人，即使現在第58特遣艦隊的第一與第四支隊已經返回，他仍然力主從特納的聯合遠征軍艦隊抽出8艘巡洋艦、21艘驅逐艦來強化第58特遣艦隊的軍力，這使得後者的實力達到了空前的龐大。而剩下的聯合遠征軍的登陸艦隊則先開往東方海域避風頭。
18日，美軍第58特遣艦隊已經做好了與日軍艦隊的接戰。潛艇的大量接觸情報使斯普魯恩斯以爲日本至少動用兩支艦隊，一支先誘開第58特遣艦隊，另一支趁機攻擊塞班島的美軍登陸部隊。於是斯普魯恩斯下令確切掌握日本艦隊位置之前，第58特遣艦隊不得遠離塞班島。這個保守的做法最終使得美軍艦隊被束縛在塞班島附近，而沒有達到本次戰役的目的。