1943年初，美軍在日軍大本營拉包爾周邊徘徊不前，一時間難以拿下這個戰略要地。在這種情況下，海軍作戰部長歐內斯特·金上將提出了一條沿著密克羅尼西亞北上直取日本的戰略。在這種思路指引下，美軍決定攻佔馬紹爾群島，但是在此之前，必須先攻佔馬紹爾群島東南方的吉爾伯特群島。而塔拉瓦環礁，則是吉爾伯特群島上最大的兩個環礁之一（另一個是馬金環礁）。
（吉爾伯特群島在太平洋的位置）
當時駐守塔拉瓦環礁的，是日軍第6橫須賀陸戰隊和第7佐世保陸戰隊，共計2500人，另外還配屬一個工兵營和千餘名朝國勞工，島上總兵力人數達到4800人。
（貝蒂歐島位置，面積1.1平方公里）
為了防禦美軍登陸，日軍在島上足足修了18個月的工事。他們在海灘上修築了反登陸的混凝土三角錐、珊瑚堆、鐵絲網和椰木柵欄，並修築了大量的半地下工事，上面覆蓋鋼板和厚厚的珊瑚砂、椰木。日軍還配備了大量的火炮，其中有大口徑的203毫米榴彈炮。火炮佈置在11處岸防陣地上，這些陣地都用堅固的混凝土澆築而成，表面覆蓋厚厚的珊瑚砂和熱帶植物，難以被飛機偵察發現。全島工事都用交通壕和地道互相串聯，必要時可以相互增援。對日軍的這些防禦佈置，美軍瞭解甚少，這也為後面的災難式登陸埋下了伏筆。
（貝蒂歐島詳細地圖，北面線段為登陸三個位置）
1943年11月，美軍出動5艘護航航空母艦、3艘戰列艦、5艘巡洋艦、21艘驅逐艦、16艘運輸艦、1艘坦克登陸艦向塔拉瓦環礁進發。
11月20日，登陸作戰開始。首先美軍幾十艘美軍戰艦的艦炮對塔拉瓦環礁主島貝蒂歐島展開長時間的火炮覆蓋轟擊，接著從5艘護航航母上起飛200架各型飛機，對貝蒂歐島進行轟炸。整個火力準備時間長達80分鐘，光炮彈就打出了3000多噸。遠處看去整個貝蒂歐島猶如爆發的火山口，煙雲籠罩，火光閃閃。大部分美軍士兵覺得在這個1.1平方公里的彈丸之地上，遭受這種轟擊，島上不可能再有活物生存。
（美軍戰機航拍貝蒂歐島）
實際的轟擊效果是，日軍有兩門203毫米口徑岸防炮和三輛坦克被摧毀，絕大部分工事完好無損，唯一的嚴重損失是島上的電話線大部分被炸斷，導致各部隊之間通訊中斷。
美軍首先出動的是幾艘掃雷艇，結果讓日軍以為美軍要登陸，率先發炮攻擊，這一排炮彈讓準備登陸的美軍登陸艇上的陸戰隊員們大吃一驚，原來殘存的日軍還有這樣強大的火力。
於是戰列艦和驅逐艦上的炮火再次響起，將日軍的炮火壓制了下去。
接著美軍100輛兩棲車和坦克登陸艇分三個波次向貝蒂歐島的海灘進發。
第一波兩棲車非常順利就上了海灘，而第二波卻馬上遭遇了滅頂之災。日軍的炮火再次打過來，將第二波的兩棲車大部分擊毀，很多士兵甚至沒跳下車，就被炮火炸死在兩棲車上。
第三波兩棲車下場更慘，日軍各種口徑火炮打過來，對艱難繞行在礁盤中的兩棲車挨個點名，礁湖中到處是被擊毀燃燒的車輛。
僥倖跳下車的陸戰隊員們舉著槍，在齊腰深的水中艱難向沙灘上跋涉。日軍的重機槍掃過水麵，一陣血花飛濺，就有十幾人倒在水中，把海水染成了一片紅色。已經登上海灘的陸戰隊員，全部被敵軍火力壓制在沙堤背後，每當炮彈落在臥倒的人群中，殘肢斷臂就到處亂飛，一片地獄的景象。
第四波和第五波登陸的美軍，乘坐的都是登陸艇，在駛往海灘的半路上遭遇落潮，大片的礁石凸顯在海面，攔住了登陸艇的去路。陸戰隊員們不得不跳進齊胸深的海水，涉水登陸，卻遭遇日軍炮火的殺傷，大批人員在海水中受傷或者死去。
在3輛兩棲坦克的配合下，加上艦炮的壓制，美軍在沙灘上逐漸站穩了腳跟。到上午11點時，已經有1000名海軍陸戰隊員在海灘上登陸。他們開始向敵人縱深攻擊前進，在迷宮一般的地下工事中，用手榴彈和衝鋒槍和日軍展開近戰搏鬥，另有工兵利用爆破和火焰噴射器對敵軍工事進行破襲，收到了奇效。
（戰地攝影師拍攝的沙灘，美軍在登陸中遭遇重大傷亡）
經過一天的艱苦激戰，到下午五點時，美軍攻佔了600米長，250米縱深的灘頭陣地。這種情態非常令人擔憂，如果日軍以坦克為先導進行一次團級衝鋒，已經上島的美軍四個營就有被趕下海的危險。
海軍陸戰隊員們顯然意識到了這一點，所以頂著海灘上的各種屍體和臭氣熏天，拼命的挖防禦工事。
一整夜過去了，預計中的日軍反擊並沒有發生。
天亮了，美軍源源不斷的向島上增援，坦克和推土車也登陸了。由於海灘各種物資和人員密集，使得登陸艇上岸越來越困難，美軍指揮官不得不將一些暫時無用的帳篷、葡萄酒等物資直接推下海，騰出空間。
（島上戰死的美軍屍體）
海軍陸戰隊員們則在每一個工事，每一個沙丘，每一個地洞，甚至每一棵椰子樹，和日軍展開殊死搏鬥。美軍和日軍的陣地犬牙交錯，艦炮也失去了開炮的機會，只能對日軍後方陣地進行射擊壓制。
美軍的彈藥物資充足，唯一的不足就是缺水，很多陸戰隊員因為中暑而死，另一些人則被緊張激烈的戰鬥嚇得精神失常。
上島的美海軍陸戰隊員終於熟悉了戰鬥流程，在坦克的掩護下，要麼工兵往敵軍工事裡塞入炸藥包，要麼用火焰噴射器，或者是直接用推土機將敵軍工事的射擊口用珊瑚沙封堵上，把日軍士兵活活埋在裡面。推土機埋住的日軍最大的坑道屯兵150人，全部悶死在裡面。
（陸戰隊員們在島上發起進攻）
第三個夜晚，日軍發動了夜襲，在黑夜中和美軍士兵用刺刀和展開肉搏。到天亮時美軍發現了300具左右的敵軍屍體，基本都是對方的精銳力量。
到第四天時，雙方的忍耐力和意志力都到了極限，不斷有日軍士兵從地下工事裡衝出來進行萬歲衝鋒，然後被打死，甚至有日軍什麼也不做，木然的坐在地上，看著對方衝過來殺死自己。而美軍這邊，生力軍仍然源源不斷的上岸，雖然被修羅場一樣的戰場情景所嚇倒，但是他們很快就投入了戰鬥。而在第一天上島經歷3天戰鬥而倖存的陸戰隊員，個個蓬頭垢面，滿身血跡，活像地獄裡爬上來的鬼魅。
終於，島上的日軍全部被肅清乾淨。在美軍大喇叭的廣播之下，島上的陸戰隊員們紛紛從沙堆和工事裡站出來，密密麻麻的像一片森林，站滿了整個島嶼，這個1.1平方公里的島實在太小了，容不下陸戰2師上萬人的登陸。
（在沙灘上休息的美軍）
人員損失方面，美軍陸戰隊死亡1009人，受傷2296人受傷；沉沒的利斯康灣號護航航母（被日軍潛艇擊沉）死亡687名船員。所以美軍總計傷亡3992人。
日軍方面，除了一名日軍軍官和16名士兵存活，外加129名朝國人被俘，其餘4690人全部死亡。
在這場戰役後，美國進行了學習和反思，尼米茲上將第一時間抵達塔拉瓦環礁查看，美軍各兩棲部隊均派人來現場參觀，對日軍的半地下工事和防衛佈置進行了深入研究，並且在夏威夷的荒島上佈置了同樣的場所，以便進行登島演練。
儘管如此，面對日軍的坑道工事和驚人的防守意志以及忍耐力，美軍還是沒有太好的進攻辦法，很快，他們將在貝里琉島和硫磺島遭遇更大的傷亡。而塔瓦拉環礁戰役因為因為它的特殊性和教育意義，而被載入史冊，永遠銘記在美國海軍心中。
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