后来，日军接受第一天惨败的教训，转攻为守，利用地形地物，尽量固守，消耗美军实力。美军进攻因而受阻。日军士兵倚仗熟悉地形，常常钻过丛林、裂缝、峭壁或不为人知的秘洞，绕到美军背后，布设饵雷、地雷，侧击美军进攻部队。每一处堑壕、山洞、制高点，两军都要反复争夺。日军步步为营，美军牺牲惨重。经过半个月鏖战，美军夺占了塔波乔山制高点，取得了观测优势后，才取得战场主动权。
1944年7月6日，美军重兵围困塞班岛北角的日军司令部。第二天，南云见大势已去，首先拔出手枪自杀。斋藤中将向东京发出最后一份电文，抱怨守岛失败是因为得不到空中和海上支援。然后，他也切腹自杀。在自杀前，他们联合发出最后一道命令，要求守岛日军残兵败将，每人要消灭7个美国人，以报效天皇。
南云和斋藤自杀后，岛上日军残余，结队向美军发动了最后一次自杀性进攻。4000名日军残兵迎着美军机枪阵地疯狂地冲杀，无一生还。塞班岛疏松的新土，浸透了日军官兵的血污。为了掩埋成千上万具日军尸体，美军只得开来推土机，掘一个大坑，把尸体乱堆乱放，匆匆覆盖一层砂土了事。
1944年7月9日，美军宣布占领塞班岛。这一天，岛上数以千计的日本平民从洞穴深处爬出来，登上塞班岛北岬悬岸，一齐跳崖自杀。3万守岛日军，仅有1780人成为美军俘虏，其中半数是朝鲜人，其余日军全部战死。在夺取塞班岛的作战中，美军损失1.6万人，其中3000人阵亡。如算上日本平民，日、美两国因争夺这个小岛，致少使5万人死亡。从此以后，塞班岛便以死亡之岛著称于世。