着陆
初步的登陆行动在10月17日凌晨展开，由第6巡逻营攻占莱特湾附近的3个小岛，虽然受台风阻延，美军仍然在12:30登陆迪纳加特及荷汉蒙2个小岛，在荷汉蒙，他们发现小股日本守军及破坏一个无线电台，当时他们还未攻占迪纳加特，在之后的3天内，他们在2个小岛上建立灯塔以引导舰队驶入莱特湾。第2天，第3个小岛苏禄安。同时，水下破坏组清除海滩附近的水底障碍物。
在A日，10月20日当海军重炮炮轰4个小时后，第6军团在早上10:00在指定之海滩登陆，第10军从在塔克落班机场与帕劳河之间的海滩向内陆推进了4英哩;15英哩(24km)以南，第24军从圣荷西与杜拉格河的海滩推进了3英哩(5km)，部队推进之速度受沼泽地所阻多于日军火力。登陆后1小时内，滩头阵地已建设完毕以接收重型车辆及大量物资，只有在美军第24步兵师那边遭到日军反击，但也在13:30前清理完毕以供麦克阿瑟将军在这裹作演说广播，他在演说开始向群众宣布:“菲律宾之人民，我已经回来了!仰仗万能的上帝的慈悲，我们的军队又一次站在菲律宾的土地上了。”
A日日终时，第6军团已向内陆推进了2英哩(3km)及控制了在雷伊泰岛以南的比利安海峡。在第10军的区域，美军第1骑兵师攻占了塔克落班机场及美军第24步兵师占领了控制滩头阵地之522号高地。在第24军的区域，美军第96步兵师控制了通往卡蒙特山之道路，美军第7步兵师攻占了杜拉格镇，逼使牧野中将把司令部撤往内陆10英哩(16km)的布拉文。美军在此只付出49人阵亡、192人受伤及6人失踪的代价。
南雷伊泰盘地
在之后数天内，第6军团继续稳步前进以扫清敌人抵抗，由弗农·马奇少将指挥的美军第1骑兵师于10月21日攻占了雷伊泰省首府塔克落班。10月23日，麦克阿瑟将军在此地主持了庆祝菲律宾政府复位仪式，之后第1及第2骑兵旅瓦解了日军从中央山脉的反攻。
在左边，美军第24步兵师在弗里德里克·艾云少将的指挥下，在进入内陆时遭遇敌人顽抗，经过数天日以继夜的战斗及杀800名日军后，第19及34步兵团扩展其滩头阵地及控制了通往北雷伊泰盘地的通道，7天后2个旅的坦克及步兵在炮火支援下通过了雷伊泰盘地，接近了北部海岸及卡利加拉港，第2天，第2骑兵旅占领了卡利加拉，在通过雷伊泰盘地时，美军第24步兵师付出死伤3,000人的代价，这时候日军只控制西部海岸的唯一港口—奥莫塔克市。
在第24军的滩头阵地，霍奇将军派出他的2个师向南雷伊泰盆地前进，这裹有4个飞机场及一个大型供应中心，由占士·L·布拉德利少将指挥的美军第96步兵师已清除了卡蒙特山，这个海拔1,400英尺(42m)高的山峰，是2个军的滩头阵地们的制高点和日军观测站及在A日炮轰登陆滩头阵地的地方，在陆军大炮及海军炮火的支援下，布拉德利的军队开拓了道路通往南部沼泽地及西面的中央山脉，经过3天激战，10月28日第382步兵团攻占了日军在内陆5英哩(8km)，在塔纳万的主要供应基地及击毙日军350人，同时，第381及383步兵旅缓慢的向卡蒙特山的另一边前进及扫除日军障碍，当美军在10月31日占领了卡蒙特山时，已清除了35个堡垒、17个山洞及数个炮兵阵地。
在第24军左边，美军第7步兵师在博尔德·阿诺德少将指挥下向内陆推进，以占领杜拉格与布拉文之间的4个日军机场为目标，10月21日，第184步兵团攻占了杜拉格的机场，同时第132步兵团清除了附近河流之两岸，两军在机场及盆地内爆发大型血战，在布拉文，美军第17步兵团瓦解了一些有决心但无望的抵抗及自杀性攻击，在北面美军第32步兵团攻占了布拉文之机场及击毙超过400名日军，之后全师向6英哩外的达嘎米推进，在10月30日占领了达嘎米，又从南沿东海岸向阿布约推进，4天后穿过中央山脉向奥尔莫克湾进攻。
日军反攻
当第6军团深入雷伊泰岛时，日军从海上及空中发动反攻，在10月24日，150至200架日军飞机从北面飞来攻击美军滩头阵地及舰只，50架美军陆基飞机起飞迎战，报称击落66至84架敌机，之后4天，日军飞机日以继夜攻击美军滩头阵地及美军舰只，但到10月28日，美军飞机在其他岛屿的机场及舰只发动反击以减少敌人空中威胁，当空中力量被消灭后，日军就出动神风特攻队，意图以绑上炸弹的飞机直接撞上美军舰只，它们专选择攻击美军大型运输及补给舰只，希望击沉一艘美军航空母舰及重创其他舰只。
更大的威胁来自海上，为阻止美国海军支援第6军团，日本联合舰队决定集中附近所有水面舰只分3支舰队到莱特湾: 第一支包括4艘航空母舰但缺少舰载机，作为诱饵引出美军第3舰队从莱特湾北上，如果诱饵成功，另外2支以重型水面舰只为主的舰队将从西进入莱特湾及攻击美军运输舰只。
在1944年10月23日， 日军水面舰只开始行动及美国海军出动阻击，这场从10月23日至10月26日之海空战被称为莱特湾海战，是太平洋战争最大规模的海战。到12月11日，日军已连续向雷伊泰岛运送了34,000名援军及超过10,000吨物资，大部份是经西岸的奥莫塔克港运入，虽然在运输过程中因美军飞机的攻击而受到重大损失。
北雷伊泰盆地
日军的反攻表明了麦克阿瑟及克鲁格所面对的问题，预计完成攻占东岸计划后，第6军团准备将越过中央山脉进攻西岸，包括派出3个后备师在雷伊泰岛登陆以増强兵力，以加快麦克阿瑟收复菲律宾群岛的时间表及美国参谋长联席会议收复太平洋的计划。
美国美国第1骑兵师及美军第24步兵师于11月2日于卡利加拉会合，表明进攻计划成功，7天之后，第6军团实行第3阶段计划，攻占阿布约。再者，第24军的第7步兵师从南面北上增援及控制了西岸的莱蒙镇，现在，只有西岸的奥莫塔克盆地仍控制在日军手中。
为攻占奥莫塔克盆地，克鲁格中将计划进行一个夹击行动，第10军通过中央山脉向南进击和第24军沿西海岸北进，由于预计日军会顽强抵抗，克鲁格使用其后备力量，美军第32步兵师及美军第77步兵师，同时麦克阿瑟派出美军第11空降师，第21步兵团将从比利安地区赶来与美军第24步兵师会合，其原本任务由第32步兵师代替，在11月3日，第34步兵团从卡利加拉出发沿北部海岸南下，第1步兵营从山脉沿高速公路进攻，在第63炮兵营的支援下，它们清除山脉上的敌人，同时第34步兵团于当晚攻占村卡波奥坎镇，缴获敌人大批重型武器，之后沿2号高速公路南下中央山脉。
断头岭及启子岭
11月7日，第21步兵团从卡利加拉湾沿2号高速公路进攻中央山脉，首次进攻时，联同第19步兵团第3营进行，但遭到新到增援的日本第1师团的顽强抵抗，日军士兵建立了一系列由碉堡、壕沟及散兵坑组成之防线，这里被称为断头岭。
从11月8日吹袭雷伊泰岛的台风及之后几天的大雨严重阻碍美军的进展，虽然台风及大雨令大树倒下及道路满布泥泞其物资供应，第21步兵团继续其缓慢及断断续续的进攻，他们与日军反覆争夺，美军夺取了东面2英哩(3km)的1525号山头，这令艾云少将将日军从2号高速公路边赶后4英哩(6.5km)。
经过5天攻击坚不可摧的山上据点及之后2天敌人猛烈反攻之后，艾云少将决定再次夹击日军，第19步兵团第2营作为右翼从东面的1525号山头出击，在断头岭以南3英哩(5km)处切断2号高速公路，第34步兵团第1营作为左翼，沿水路从卡利加拉地区到达2号高速公路以西2英哩(3km)，之后转向南下及进入内陆，越过山岭及雷伊泰河后，他们占领了启子岭左边900呎(270m)的启子岭，这裹是主要战场的制高点;但由于遭受顽强抵抗及大雨影响，2营美军在11月13日只从公路另一边向前推进1,000码，第34步兵团第1营进攻启子岭，而第19步兵团第2营进攻东面另一山头，进攻行动仍未达到目的。
美军在泥泞和大雨中作战了2个星期，在启子岭冒着敌军炮火攻击之危险，12月2日，他们终于清除了公路之制高点，第32步兵师终于可以快速推进，美军付出了26人阵亡、101人受伤及2人失踪的代价，但他们击毙了日军900人。12月14日，美军第1骑兵师及美军第32步兵师终于完全攻占了断头岭及启子岭，令由卡利加拉湾到奥莫塔克盆地的2号高速公路完全控制在美军第10军之下。
奥莫塔克盆地
当第10军通过北面山区时，第24军正北上奥莫塔克盆地海岸，11月中时第24军只有第32步兵师在雷伊泰岛西部，第7步兵师仍在布拉文一带，11月22日当第11空降师到达后，霍奇才下令第7步兵师向西推进，11月23日晚上，第32步兵师遭到日军第26师团反击，其第2步兵营被迫后退，不过他们在第2天收复失地，阿诺德少将命令第184步兵团第1营、第776喷火坦克营、第49炮兵营及1营海军陆战队155毫米炮兵营增援第32步兵师，11月24日晚上，日军再次进攻，攻占少量地区，第2天第57炮兵营加入防守，之后2天日军再次进攻，但损失惨重，11月27日，美军发动进攻，击毙日军500人及缴获29挺机关枪。
阿诺德少将终于开始向奥莫塔克进攻，12月4日晚上，第776喷火坦克营向海岸推进及进至离海岸1,000码的地方，第2天早上坦克群已进至海岸200码内及向在第17及第148连前面的山区开火，这策略证明有效，令守军溃散，除了一些守军在山的另一边避开坦克喷出之火焰，第7步兵师在面对敌人从918号山头发射之炮火下向北挺进，从这个山头可观察整个奥莫塔克海岸，之后2天的密集炮火攻击令第17及第148连可以清除顽抗的据点，到12月12日，阿诺德少将指挥的部队只距离奥莫塔克南面10英哩(16km)。
攻陷奥莫塔克
当阿诺德少将的部队向奥莫塔克进攻的时候，日军在中央山脉的第16及26师团联同从吕宋岛来增援的第3及4空降旅向美军在布拉文的机场发起突然进攻，大约350名日军在12月6日在圣巴勃罗附近空降，虽然组织不善，日军之进攻在接下来的4天里烧毁了大批武器，大批第7步兵师的支援及服务人员逃避日军，直到美军第11空降师及美军第38步兵师在12月11日前来增援为止，少数美军供应站被破坏及机场的建设被延误，但日军的进攻计划对整个雷伊泰岛战役没有什么影响。
同时，在雷伊泰岛西面，第24军接到命令在12月7日派出由安德鲁·D·布鲁斯少将指挥的第77步兵师在奥莫塔克以南登陆，虽然海军舰只受到神风特攻队的空中攻击，其第305、306及307步兵团依然顺利登陆，第77步兵师的到达是决定性的，这令第7步兵师向北前进及日军遭到夹击，山下奉文被迫下令部队放弃中央山脉及后退保卫奥莫塔克盆地。
第77步兵师在市议会大楼受阻，在第305及902炮兵营支援下，布鲁斯少将指挥的部队于1944年12月10日攻占奥莫塔克，美军击毙了日军1,506人及俘虏7人，自己就付出了123伤亡及13人失踪的代价，攻占奥莫塔克后，第24军同第10军之间只距离16英哩(26km)，在包围卷中间只有日军第12独立混成旅团在防守及阻止美军推进，12月14日，第305步兵团封闭了包围圈及击毙了大批日军。
向西推进
当占领奥莫塔克之后，第77步兵师于12月18日攻占了以北7英哩(11km)的巴伦西亚机场及继续向北推进企图与第10军会合，在同一天，富兰克林·C·席伯特少将命令第1骑兵师南下，其第12骑兵旅从山区沿2号高速公路南下，在北面，第32步兵师在进入启子岭南面的雨林后 因受视线限制而继续受到沿2号高速公路布防的日本第1师团的顽强抵抗，直至12月21日 ，第12骑兵旅才与第77步兵师第306步兵团才会合，表示第10军及第24军已经合围日军及完成包围奥莫塔克盆地之任务。
当第77及32步兵师会合时，第11空降师向东进入中央山脉，在11月22日至11月24日当在雷伊泰盆地南部空降后 ，第511伞兵团在11月25日向西推进，经过艰辛的推进，第511伞兵团于12月6日攻占了距离布拉文以西10英哩(16km)的Mahonag，另外，第7步兵师于12月23日穿越内陆到达西海岸，同第511伞兵团会师。
由于已经攻占日军手中最后一个港口，麦克阿瑟将军宣布雷伊泰岛战役已经结束，12月26日他把扫荡工作交给美国第8军团，同时其他美军加快扫荡残余日军，在北面，第1骑兵师在12月28日到达海边而同一天第24步兵师清除了在岛上西北角的残余日军，2天后与第32步兵师会合，但日军继续战斗至12月31日，直至1945年5月8日战事才被确定完全结束。
雷伊泰岛战役是美国人解放菲律宾的第一步及决定性的行动，美军在此战役付出了损失15,584人的代价，其中3,593人死亡，当神风特攻队在莱特湾海战攻击澳大利亚重巡洋舰澳大利亚号时，澳大利亚付出了30人阵亡及64人受伤的代价。
日军在此战役中估计付出了80,000人之代价，损失极其惨重，包括4个师团、数个独立混成旅团、26艘主要舰只及46艘运输舰只，此战令日本陆军的航空兵力在菲律宾的航空兵力损失一半，令他们以后要依赖神风特攻队，大约250,000日军仍留在吕宋岛上，但日本的海空力量在莱特湾的损失令山下奉文大将在之后的吕宋岛战役中只好采取被动防守的策略来防守这个菲律宾群岛中最大及最重要的岛屿。总之，日本在雷伊泰岛战役的损失是决定性的，日本被赶出菲律宾群岛令盟军能切断日本的外来资源供应，盟军占领日本本土以结束太平洋战争的希望快将实现。
