1944年9月，战役打响。美军首先攻取佩勒琉岛和摩罗泰岛，消除了侧翼威胁。9月—10月间，美军出动大量岸基飞机和海军舰载机，对日本在琉球群岛、吕宋岛、台湾等地机场进行大规模空袭。特别是10月6日至10月14日的连续空袭，使日军损失飞机1093架，在菲律宾的陆军第4航空军只剩200架，海军第1航空舰队仅存35架，在台湾的第2航空舰队尚存230架。战役尚未开始，日军就已经丧失了在空中的反击力量。而美军仅有102架飞机被击毁或击落。
10月20日，美军在莱特岛登陆，同日下午麦克阿瑟在菲律宾总统奥斯汀纳的陪同下，淌着齐膝的海水上岸，十四时在海滩上，麦克阿瑟通过大功率电台向全世界发表了著名的“我回来了”的演讲。
在此之前的18日，日本联合舰队判明美军企图，联合舰队司令丰田立即下令实施“捷一号”计划，日本海军的第1、第2和机动舰队全部出动，对莱特湾美军登陆滩头实施向心合击，由此从10月23日至10月26日爆发了世界上迄今为止规模最大的海战——莱特湾海战。
这场大海战美军参战兵力多达航空母舰16艘，护航航母18艘，战列舰12艘，重巡洋舰11艘，轻巡洋舰15艘，驱逐舰144艘，护卫舰25艘，运输舰后勤辅助舰592艘，飞机近2000架。在战斗中被击沉航空母舰1艘，护航航母2艘，驱逐舰2艘，护卫舰1艘；被击伤护航航母4艘，驱逐舰2艘，护卫舰3艘，潜艇1艘；损失飞机162架，人员伤亡不足三千。
日军参战的兵力可以说倾其所有，共有航空母舰4艘，航空战列舰2艘，战列舰7艘，重巡洋舰14艘，轻巡洋舰7艘，驱逐舰32艘，飞机约600架。在战斗中被击沉航空母舰4艘，战列舰3艘，重巡洋舰6艘，轻巡洋舰4艘，驱逐舰10艘；被击伤航空战列舰1艘，战列舰4艘，重巡洋舰3艘，轻巡洋舰2艘，驱逐舰3艘；损失飞机2 88架，人员伤亡超过一万。
经此海战，日本海军几乎丧失了远洋作战能力，也就失去了战场制海权，从而使陆地上的第14方面军陷入了孤立无援的困境。
1945年1月美军在吕宋岛西北面的仁牙因湾登陆，日军在抗击登陆时首次使用了神风特攻队对美登陆舰队实施自杀式攻击。美军于3月4日占领马尼拉，在而后的作战中，日本陆军第14方面军在菲律宾被歼灭，日军伤亡和被俘达45万人。在整个菲律宾战役中，日军损失军舰68艘，其中航母4艘、战列舰3艘、重巡洋舰6艘、轻巡洋舰4艘、驱逐舰13艘；损失运输船42艘，约17万吨；飞机7000余架，其中“神风特攻队”的自杀飞机700架。美军伤亡6.2万人，损失军舰17艘，其中航母1艘、护航航母3艘、驱逐舰9艘、护卫舰1艘、坦克登陆舰2艘和扫雷舰1艘；损失运输船6艘，约6万吨，飞机900余架。另有数十艘舰船被击伤。
同年3～6月，美军在付出沉重代价后占领硫磺岛和冲绳，迫近日本本土。5月，德国无条件投降。为了保住本土和朝鲜，日本进行了空前的战争大动员，叫嚷“本土决战”。美国也计划组织在日本九州岛南部和关东平原的两栖登陆作战行动，代号是“奥林匹克”和“冠冕”。
7月26日中美英三国政府首脑发表《波茨坦公告》，促令日本无条件投降。日本拒绝接受。8月6日和9日美国把仅有的两颗原子弹投在广岛和长崎，造成约20万人的重大伤亡。
8月8日苏联对日宣战，出动157万大军、3400多架飞机、5500多辆坦克，分兵三路向中国东北挺进。9日苏军对日本关东军发起总攻击。同时进军库页岛南部和千岛群岛。10日蒙古人民共和国对日宣战。与此同时，中国战场上的所有抗日武装力量开始向日军展开了全面反攻。
8月10日，日本政府决定接受《波茨坦公告》，并通过瑞士、瑞典等中立国通知盟国方面。
这是1945年7月26日在波茨坦会议上美国总统哈利·S·杜鲁门、中华民国国民政府主席蒋介石和英国首相温斯顿·丘吉尔联合发表的一份公告《中美英三国促令日本投降之波茨坦公告》，简称《波茨坦公告》或《波茨坦宣言》。这篇公告的主要内容是声明三国在战胜纳粹德国后一起致力于战胜日本以及履行开罗宣言等对战后对日本的处理方式的决定。
1945年7月17日，苏美英三国首脑在柏林近郊波茨坦举行会议，会议期间发表对日最后通牒式公告。由美国起草，英国同意。中国没有参加会议，但公告发表前征得了它的同意。苏联于8月8日对日宣战后加入该公告。
公告共13条，主要内容有：盟国将予日本以最后打击，直至停止抵抗；日本政府应立即宣布所有武装部队无条件投降；重申《开罗宣言》的条件必须实施，日本投降后，其主权只限于本州、北海道、九州、四国及由盟国指定的岛屿；军队完全解除武装；战犯交付审判；日本政府必须尊重人权，保障宗教、言论和思想自由；不得保有可供重新武装作战的工业，但容许保持其经济所需和能偿付货物赔款之工业，准其获得原料和资源，参加国际贸易；在上述目的达到和成立和平责任政府后，盟国占领军立即撤退。8月14日，日本天皇宣布接受波茨坦公告，向盟军投降。
8月15日中午11时，日本天皇裕仁宣告日本无条件投降。
9月2日在美国军舰密苏里号上举行签降仪式，日本新任外相重光葵和日本参谋总长梅津美治郎代表日本政府在投降书上签字。随后，接受投降的同盟国代表：盟军最高统帅麦克阿瑟上将，美国尼米茨海军上将、中国徐永昌将军、英国福莱塞海军上将、苏联杰列维亚科中将，以及澳大利亚、加拿大、法国、荷兰、新西兰等国的代表依次签字。
反法西斯联盟各国取得了太平洋战争的最后胜利。
太平洋战争