日军步兵第2联队最后决定在15日当天就给美军决定性攻击，但步兵第2联队总兵力只有3200多人，除了步兵第2联队以外，岛上还有海军第45警备队，陆军海上机动第1旅团独立步兵第346大队以及第14师团的战车搜索队，总兵力也不过区区5000人，要确保万一反击失败，还具有足够的守卫兵力，最多只能抽出1000步兵进行反冲击，而美军陆战1师登陆的部队根据观察高达15000人左右，仅靠1000名步兵反冲击15000美军成功，把握并不大，所以统领全岛日军作战的步兵第2联队联队长中村州男大佐决定，发动反冲击时第14师团战车队全部16辆95式轻战车出战，反冲击发动时，战车队的95式轻战车从侧翼高地全速冲入美军营地，沿海岸方向猛冲美军后方，摧毁美军滩头物资，大量射杀美军士兵制造混乱，两翼高地发射火力打击混乱中的美军，随后日军1000步兵正面冲击美军营地，确保一举击溃美军，为了确保反击成功日军还将集中炮火轰击美军营地，步兵第2联队所辖12门105mm山炮，6门75mm山炮，12门150mm迫击炮，12门90mm迫击炮，6门70mm步兵炮，12门81mm步兵炮与独立步兵第346大队的4门75mm山炮，2门81mm步兵炮全部投入轰击。
下午，美军的舰炮轰击停息了，而美军陆战1师向周围高地突破的企图也失败，日军在高地上修筑有大量难以观察到的隐蔽火力点，而且构筑了大量坑道，美军的炮击不起作用，美军数次推进都败了下来，美军发现日军枪法奇准，日军稀稀落落的枪声带来的却是不小的伤亡。愤怒的美军陆战队士兵只得在战壕里架起枪向四周高地胡射泄愤，已经上陆的美军陆战1师炮兵也架起榴弹炮漫无目标的乱轰。日军见美军威力强大的舰炮熄火，感觉机会来了，于是步兵狞笑着从坑道里钻出来，炮兵也从隐蔽巧妙的工事里把大炮摇了起来，至于日军战车早已经进入了出击阵地，日军磨拳檫掌只等令下。随着中川大佐一声令下，日军的火炮同时打响，由于美军阵地拥挤，日军的炮击给予美军极大震撼，炮声一响日军的16辆轻战车呼的一下就从高地后面窜了上来，随即猛虎下山似的从高地上猛冲下来，日军战车开最高速度冲入美军阵地，枪炮齐发，在美军阵地上横冲直撞，美军陆战1师的士兵没想到到小小佩里硫岛的日军居然有坦克!!!都躲入战壕里规避，而日军战车呼啸而过，直插美军后方海滩，很快日军战车就冲到了海滩，海滩上的美军看到日军坦克冲过来，发生了混乱，纷纷逃避，海滩上堆满的作战物资被丢弃，而美军在架起的大炮也根本来不及转动炮口射击从侧面开来的日军轻战车，滩头上美军也发生了混乱，美军的炮兵全部丢下火炮撤退，而日军从正面高地冲来的步兵也已经撕开了美军前沿，眼看美军就要遇到大灾难，海滩上突然出现了8辆美军M4A2坦克，日军95式轻战车对M4A2进行射击，然而95式轻战车的炮弹打在M4上根本无效，海滩上原本慌乱分散的美军看到了自己的坦克也就稳定了下来，经过一场激烈的坦克对射日军16辆95式轻战车被全部击毁，而美军只有1辆M4A2被日军战车击断了履带，美军的M4A2坦克击毁了深入美军后方的日军战车后，火速向前推进，为前沿美军提供火力支撑，海滩上美军也稳住了神，纷纷向前支援前沿，而炮兵重新回到炮位，发射炮弹支持前沿的抵抗，日军反击的步兵见美军逐渐稳定了下来，美军的抵抗兵力越来越多，火力也越来越猛，继续向前突破非常困难，立即请示中川大佐要求撤退，中川见不对立即下令停止反击，训练有素的日军在火炮掩护下迅速撤回，伤亡并不大，日军反击失败，按照以往的经验，美军很快就能打开局面，因此美军陆战1师上上下下都松了口气，然而在佩里硫这个经验并不灵验，实际上美军还要在贝里琉恶战5个多月才能掌握岛上局势。
日军反冲击失败后，稳住阵脚的美军陆战1师开始对贝里琉岛的纵深猛烈攻击，然而美军发现这岛的日军实在厉害，冷枪手无处不在，美军的冲击根本没办法，海军的战舰补足了炮弹全力配合冲击效率也不大，2天陆战1师竟只推进了200码，美军改变策略，不再进攻正面高地改为进攻侧翼高地，很快发挥作用，美军陆战1师逐步取得些进展，1944年9月18日美军打到岛上的机场，然而日军抵抗越来越激烈，美军前进一步都困难，美军抵达机场后，立即就进驻了飞机，然而这个机场美军并没有完全控制，只完全控制了几百米的跑道，美军飞机起飞降落都遭到日军的枪击，美军飞机起飞时就开始用机枪扫射，刚离开跑道就扔凝固汽油弹，这种场面在此前是闻所未闻，在太平洋战场上这也是绝无仅有的场面。
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