7月5日，盟军攻击舰队从北非各港口启航。为进一步迷惑德军，部分舰队故意向希腊方向佯动，德军侦察机误判后，再次将兵力向希腊倾斜。
10日凌晨，西西里岛东南的锡拉库萨和西南的杰拉湾，突然响起盟军战列舰的主炮轰鸣。美军第7集团军在杰拉湾登陆时遭遇德军顽强抵抗，巴顿亲自登上登陆艇指挥，大喊“向前冲，把敌人赶进大海”；英军第8集团军则在锡拉库萨顺利登陆，迅速向墨西拿方向推进。
空降部队同步展开行动。美军第82空降师和英军第1空降师的5400名伞兵，从突尼斯起飞执行敌后穿插任务。然而，由于登陆部队与空降部队协调失误，部分运输机被己方防空炮火误击，美军第82空降师的20余架运输机被击落，伞兵散落各处陷入重围。尽管损失惨重，空降部队仍在关键桥梁和交通枢纽建立阵地，为地面部队打开了推进通道。
德意空军不甘心失败，当天出动690架次意大利战机和500架次德国战机反击。德军ju-87俯冲轰炸机重点袭击盟军运输船，击沉“爱斯基摩”号驱逐舰和“塔兰巴”号医院船；但盟军空军迅速拦截，击落德意战机200余架，彻底粉碎了其夺回制空权的企图。
7月11日、13日的两次补充空降，因协调问题再次遭遇损失，英军空降兵因装备散落，在德军反击中伤亡过半。
盟军凭借兵力优势逐步掌握战局。巴顿指挥美军第7集团军以坦克集群为先锋，横扫西西里岛西南部，攻克巴勒莫；蒙哥马利的英军则在东部稳步推进，两路大军形成向墨西拿的合围之势。德军指挥官凯塞林元帅察觉局势危急，下令实施“焦土政策”——摧毁岛上公路、桥梁和港口，同时组织部队向墨西拿撤退。戈林装甲师担任后卫，在必经之路布设数万颗地雷，与盟军展开惨烈阻击战。
8月17日，美军第3师先头部队攻入墨西拿，此时德军主力已通过墨西拿海峡撤回意大利本土，仅留下少量后卫部队被歼灭。西西里岛战役以盟军胜利告终：德意军伤亡16.7万人，盟军伤亡2.3万人。这场战役不仅打开了通往意大利的门户，更使墨索里尼政权摇摇欲坠——8月25日，意大利国王下令逮捕墨索里尼，意大利法西斯政权彻底垮台。
当费尔多在华盛顿收到捷报时，正与马歇尔讨论空军支援意大利战场的方案。他指着地图上的西西里岛说道：“地中海的航道已完全由我们控制，接下来，该让德军尝尝两线作战的滋味了。”
而希特勒在柏林得知消息后，紧急调派德军进驻意大利北部，试图构建新的防线——盟军与德军在欧洲南部的新一轮较量，即将拉开序幕。
