9時，艦載機飛臨灘頭，實施航空火力掩護。但由於地麵上煙霧彌漫，飛行員無法看清目標，對地攻擊效果極差，日軍的很多工事都安然無恙。當美軍飛機結束攻擊飛走時，艦炮火力已向縱深延伸，灘頭上出現了長達23分鍾的火力間歇！這段時間已足以讓日軍從隱蔽部進入防禦工事，做好攻擊準備。果然，美軍的兩棲車在接近灘頭時遭到了日軍火力的迎頭痛擊！大多數兩棲車中彈，失去機動能力，隻有少數得以上岸，海灘上到處是燃燒的兩棲車和死傷的士兵，鮮血已將海水染成了紅色。好不容易衝上岸的陸戰隊員都被日軍密集的火力壓製在海灘上大堤下，根本無法前進。
陸戰2團團長肖普上校在海灘上拚命尋找能用的電台，以與後方取得聯係。他原是陸戰2師的作戰科長，剛在一星期前接替在演習中受傷的原2團團長，由於他參與製定了塔拉瓦島的登陸計劃，因此他對該島的地形、防禦等情況都非常熟悉，這對於陸戰2團是不幸中的萬幸。10時30分，他終於找到了一部能用的電台，但直到中午過後，才與希爾和陸戰2師師長史密斯取得聯係，報告了極其嚴峻的形勢。此時，登陸的美軍隻占領了縱深數米的灘頭，而傷亡已經超過20％。希爾早已通過觀察飛機知道海灘上情況不妙，接到肖普的報告更是大為震驚，一麵命令艦炮繼續猛烈射擊為海灘上的部隊提供炮火掩護，一麵投入師預備隊。同時，請求調總預備隊來增援。
此時，塔拉瓦之戰幾乎已經到了失敗的邊緣。滿載後續部隊和重武器的登陸艇大部分被卡在珊瑚礁上，動彈不得，其餘的隻好在珊瑚礁外水域等待漲潮。海灘上的部隊死傷狼藉，被日軍的火力壓得無法前進，所剩無幾的兩棲車來回奔波，運上補給撤下傷員。就在這樣的關鍵時刻，陸戰2師充分發揚了海軍陸戰隊所特有的頑強不屈的戰鬥意誌、堅韌不拔的戰鬥作風，盡管傷亡慘重，盡管建製已被打亂，盡管指揮員死傷大半，下級軍官、軍士和士兵主動組織起來，拚死衝鋒。
霍金斯中尉率領34名戰士，用炸藥包、刺刀、鐵鍬，一步一步向前推進了300米、占領了灘頭東側一段長堤，取得了能展開炮兵的一塊地方。炮兵立即將75毫米榴彈炮拆開，再把一塊塊部件運上灘頭，組裝起來，然後為部隊提供炮火支援。霍金斯中尉在戰鬥中壯烈犧牲，為表彰他的英勇戰績，美軍將該島的機場命名為霍金斯機場。
肖普團長將團指揮部設在剛奪取的一個日軍防空洞裏，接連組織了五次攻擊，最終在32架艦載機的大力支援下，奪取了棧橋。海空軍竭盡全力為登陸部隊提供支援，4艘驅逐艦始終停在礁湖裏，隨時根據登陸的召喚進行艦炮支援，航母上的艦載機也不時出動，提供航空火力支援，美軍終於扭轉了登陸初期的不利，開始占據上風。但日軍仍在負隅頑抗，戰鬥的慘烈難以用語言形容。
陸戰2師在如此激烈的鏖戰中，充分體現了一支精銳之師的風采，很多時候，士兵們都是自己組成戰鬥小組，用火焰噴射器和炸藥包，一個一個解決日軍的火力點，其勇敢頑強，可歌可泣。日軍在美軍猛烈火力下死傷慘重，隱蔽部和工事裏到處是屍體和傷員。
戰至11月23日淩晨，被壓縮在島東部狹長地帶的日軍殘部，連續發動了3次大規模的自殺性衝鋒，盡管對戰局已毫無作用，卻給美軍造成了巨大的人員傷亡和心理恐慌。5時許，日軍的反擊終告平息。中午過後，美軍突破了日軍的最後陣地，全殲了守軍。陸戰2師師長史密斯於13時12分宣布，全部占領比托島。
此役，日軍4000餘守備部隊，除146人被俘外，其餘全部戰死，被俘的人員中129人是朝鮮籍的工程兵。美軍失蹤陣亡1013人，傷2072人，其中海軍陸戰隊死984人，傷2001人。
美軍以巨大代價攻占比托島後，於11月24日占領了比托島東麵的埃塔島。29日又在阿布裏基島登陸，消滅了島上160名日軍，占領該島。至此，美軍控製了塔拉瓦島全部。
北部登陸編隊經過3天的戰鬥，也於11月23日13時占領馬金島。
11月24日，第5兩棲軍軍長霍蘭·史密斯少將登上比托島，麵對剛剛經受過殘酷戰火洗禮的景象，這位久經戰陣的將軍大為震驚，他說：“我想象不出他們是如何攻占這個島嶼的，這是我見到過的防禦最完備的島嶼！”