拿下瓜岛，击毙山本之后，美军最高领导层经过研究，决定以中太平洋为主要战略进攻方向，西南太平洋为次要战略进攻方向。这样一来，两个进攻方向既可以互相支援、掩护，又可以分散日军兵力，使其疲于应付。
美军于1943年7月20日，决定首先发起对吉尔伯特群岛的两个主要岛屿和瑙鲁岛的登陆作战，这次行动代号为“电流”。吉尔伯特群岛战役，也成为太平洋战场美军对日军战略进攻的揭幕战。
早在1941年12月，日军就占领了吉尔伯特群岛的主要岛屿，并在塔拉瓦岛修建机场，在马金岛建立了水上飞机基地。但是，日军对吉尔伯特群岛并不重视，守备部队也不多。美军在1942年8月，派潜艇运送一支小分队袭击了马金岛，这才引起日军警觉，开始调集人员和物资，大力修建岛上的机场和防御工事。
1943年7月，日军第四舰队第三巡防区司令柴崎惠次少将受命上岛，负责统一指挥这里的防务。柴崎惠次以塔拉瓦岛和马金岛为重点，构筑了防御工事。
在塔拉瓦岛，守备部队包括工程兵在内共约4600人，主力是日本海军陆战队的精锐部队，战斗力很强，配备有14辆坦克。柴崎惠次考虑到岛屿面积狭小，采取滩头防御，防御工事用椰子树木和珊瑚砂覆盖，有的工事用混凝土和钢板加固。所有火炮掩体均用钢板和厚珊瑚砂石覆盖，只有以406毫米巨炮发射延时引信炮弹直接命中才能摧毁。岛上的工事经过长达15个月的加固，形成了完备的防御体系，柴崎因此吹牛说：“用一百万人花一百年也攻不下塔拉瓦”。
马金岛的防御相对薄弱一些，包括工程兵部队和航空基地勤务人员，总共约690人，大多数没有受过正规战斗训练。
相比之下，美军投入的参战部队非常强大，是斯普鲁恩斯海军中将指挥的第五舰队，有各种舰船约230艘，其中航空母舰11艘、护航航空母舰18艘、战列舰13艘、巡洋舰14艘、驱逐舰58艘、大型登陆舰船50余艘。共有作战飞机约1300架。
美军决定在11月20日早晨的小潮时刻登陆。从1943年9月开始，美军就在为登陆战做准备。第五十特混编队第一大队，在岸基航空兵的轰炸机配合下，于9月18日、19日对塔拉瓦岛和马金岛进行空袭，迫使日军只在马金岛留下4架水上飞机，将其余飞机全部撤走。
日军联合舰队得知美军的行动后，继任山本五十六的舰队司令古贺峰一大将亲率舰队前往救援，后因美军主动退走才返回特鲁克。日军由于在瓜岛战役中，航空母舰舰载机损失惨重，便将航母编队撤回本土休整。日军的水面舰艇因为失去了航母编队的空中掩护，也就无法远离岸基航空兵的航程半径活动。实际上，吉尔伯特群岛的日军已经失去了海空支援，这有利于美军的登陆作战。
11月20日凌晨，美军舰载机编队出动，同时，舰炮火力支援大队配合攻击，猛烈的炮击一直持续到天亮，马金岛完全被硝烟和烈火笼罩，日军没有任何反击，美军只是“密西西比”号战列舰的主炮塔发生爆炸事故，造成了一些伤亡。
在军舰和舰载机的火力掩护下，8时13分，美军第一拨登陆部队驶向海滩。不久，美军第二、第三拨登陆部队陆续到达，依次上陆。日军在西海岸的防御非常薄弱，至10时，美军已完全控制了登陆场。实际上，这是美军的佯攻，目的就在于将日军从主要防御地区吸引过来。
美军本来预计一旦西海岸佯攻开始，日军必会调动主力前去迎击，这样就可与随后在北海岸登陆的主攻部队，形成夹击之势，消灭离开防御工事的日军主力。不料日军很淡定，压根儿不为所动，基本没有出击，这样一来，美军的如意算盘就落空了。但美军在两个方向的登陆均告成功，可以迅速向纵深推进，尽快占领全岛。但日军在岛上建有大量的机枪火力点和永备发射点，美军的推进遭到顽强抵抗。夜晚，岛上的美军不断遭受日军的渗透袭扰，惊恐不安，彻夜不得安宁。
11月21日，美军的推进依然没有起色。22日起，美军步步进逼，所占领的地区逐渐扩大。入夜后，日军发动了大规模自杀式冲锋，他们先点燃爆竹，以吸引美军注意，再驱赶当地的土著人在前充当“肉盾”，冲向美军的阵地。这是日军最后一次有组织的反击。11月23日13时，美军宣布占领马金岛。
马金岛登陆战中，美军的表现并不尽如人意，主要是指挥不力，战术失当，整个作战拖泥带水，足足花了三天才占领日军防守薄弱的马金岛。
与此同时，美军强攻塔拉瓦岛。塔拉瓦岛的4000余守军由柴崎少将亲自指挥，大多是日本海军陆战队精锐之师。美军在塔拉瓦岛实施登陆的是海军陆战队第二师。
11月20日凌晨4时，美军各登陆运输舰开始放下小型登陆工具。5时零5分，美军开始攻击，猛烈的炮火几乎将塔拉瓦岛最大的岛礁比托岛全部笼罩。但日军的海岸炮也在不断射击，而且越来越准。两个多小时内，美军共发射了3000多发炮弹，小小的比托岛几乎每平方米都承受了一吨炮弹，在这样猛烈的炮火下，岛上似乎不可能再有活物了。
但美军两栖车在接近滩头时，遭到了日军火力的迎头痛击！由于日军大多数工事特别是火炮掩体都深埋于地下，美军的实际轰炸效果并不理想。在日军的攻击下，美军大多数两栖车中弹，失去了机动能力，只有少数得以上岸，海滩上到处是燃烧的两栖车和死伤的士兵，鲜血将海水染成了红色。好不容易冲上岸的陆战队员都被日军火力压制在海滩大堤下，无法前进。后续载有登陆兵、坦克和火炮的登陆艇，由于吃水比两栖车深，当时又正值退潮，无法越过珊瑚礁。
此时，登陆的美军只占领了纵深数米的滩头，伤亡已经超过20%。塔拉瓦之战几乎已经到了失败的边缘——满载后续部队和重武器的登陆艇大部分被阻在珊瑚礁上，其余的只好在珊瑚礁外水域等待涨潮；海滩上的部队被日军火力压得无法前进，所剩无几的两栖车来回奔波，运上补给，撤下伤员。在这关键时刻，陆战二师充分发扬了海军陆战队特有的战斗精神，下级军官和士兵主动组织起来，拼死冲锋。
在代号为“红三”的滩头，霍金斯中尉率领34名战士，用炸药包、刺刀、铁锹，一步步向前推进了300米，占领了滩头东侧一段长堤，取得了能展开炮兵的一块宝贵地方。炮兵立即将75毫米榴弹炮拆开，再把一块块部件运上滩头组装起来，然后进行炮火支援。不幸的是，霍金斯中尉在战斗中牺牲了，为表彰他的英勇，美军后来将比托岛的机场命名为霍金斯机场。
到日落时分，美军有5000人上岸，付出了伤亡超过1500人的代价，才在海滩的西部占领了宽约140米、纵深450米的登陆场，东部则控制了正面600米、纵深270米的滩头。
11月21日，经过一夜补充的美军全力向前推进，扩大登陆场。但日军仍在负隅顽抗，陆战二师的士兵们自行组成战斗小组，用火焰喷射器和炸药包，一个个解决日军的火力点。日军在美军猛烈火力下死伤惨重，柴崎少将也被美军的炮火击毙。
22日，美军以滩头阵地为基点，对残余日军实施夹击，并向中部的机场发动突击。塔拉瓦岛战役的胜负已成定局，但日军的抵抗仍在继续。23日凌晨，岛上的日军残部，连续发动了三次大规模的自杀式冲锋。日本人最拿手的就是自杀式冲锋，几乎每次战役都要用这一招，可惜除了自杀，没有什么效果。中午过后，美军突破了日军的最后阵地，宣布占领比托岛。
这次战役中，日军4000余守备部队，除146人被俘外，其余全部战死。美军失踪阵亡1013人，伤2072人。美军攻占比托岛后，于29日控制了塔拉瓦岛的全部。
11月27日，尼米兹亲临塔拉瓦岛视察。当时，大量的死尸还来不及掩埋，空气中弥漫着尸体的恶臭，尼米兹感慨地说：“我从未见到过如此狰狞的战场！”
塔拉瓦岛战役中，美军所获取的登陆经验，非常重要。因此，塔拉瓦岛战役被美国海军誉为“胜利的摇篮”。
接着，美军攻占了吉尔伯特群岛的阿贝马马岛，预定目标全部实现。