轴心国守军共有大约365,000意大利军及大约40,000德军，另有最少47辆坦克及大约200架飞机，全军由意大利将军阿尔弗雷多·古佐尼指挥。

1943年1月，卡萨布兰卡会议上，美英首脑便决定在突尼斯战役结束后立即实施西西里岛登陆战。1943年夏，盟军在北非沿海港口集中了大量军队，准备执行代号为“哈士奇”的西西里岛登陆作战计划。负责实施该计划的是亚历山大将军指挥的第15集团军群，下辖英军第8集团军和美军第7集团军，共13个师（包括10个步兵师、1个装甲师和两个空降师）又3个独立旅，总兵力达47.8万人，作战飞机4000余架，战斗舰艇和辅助船只约3200艘。英第8集团军由蒙哥马利指挥，其任务是在岛东南的锡腊库扎到帕基诺地段登陆，向墨西拿前进；美军第7集团军由巴顿指挥，其任务是在岛西南的杰拉到利卡塔地段登陆，通过该岛中央把敌军切成两半，并肃清岛西北角的敌军。登陆时间定在1943年7月10日。

盟军在实施登陆前，实施了代号为“肉馅”的欺敌计划。一具看起来像是一名盟军参谋军官的尸体携带有关攻打撒丁岛和希腊的文件漂浮在西班牙海岸。希特勒接到德军情报部门送来的情报后，对盟军可能登陆的地点作了错误的判断，把德军主力调往撒丁岛和希腊。但德南线总司令凯塞林元帅依然意识到盟军极有可能进攻西西里岛，于是将德军戈林装甲师和第15装甲步兵师派往西西里岛，增强了该岛的防御力量。1943年6月，防御西西里岛的意大利第6集团军已辖有9个意大利师和2个德国装甲师，兵力共约25.5万人，由意军将领古佐尼指挥。

1943年6月11日，为了取得进攻西西里岛的前进基地，盟军在西西里岛和北非之间的班泰雷利亚岛登陆，俘虏意军1.1万多人。揭开了西西里岛战役的序幕。两天后，邻近两个小岛的意军也放下了武器。盟军在登陆前对西西里岛和卡拉布里亚实施了战略轰炸，盟军共出动4000架飞机在登陆前的3周对西西里岛上的机场和设施进行了昼夜轰炸。

1943年7月1日，盟军取得了西西里岛及意大利南部的制空权，德意空军的1400架飞机撤到意大利南中部和撒丁岛。

1943年7月5日，盟军攻击舰队从北非的奥兰、阿尔及尔等6个港口出发，载送部队前往马耳他岛会合。同时，英国海军出动无敌号航空母舰和无畏号航空母舰、6艘战列舰等大型战舰掩护攻击舰队。航空母舰还向希腊方向佯动，迷惑敌人。

1943年7月9日，盟军舰队在马耳他岛东西两侧集结，准备登陆时天气骤变，狂风怒号，恶浪滔天，德意军因此放松了警惕。10日凌晨2时40分，空降部队首先发动攻击，美军第82空降师和英第1空降师的5400名官兵搭乘366架运输机和滑翔机从突尼斯出发，飞向西西里岛。

7月10日凌晨3时45分，巴顿和蒙哥马利指挥的16万美英登陆大军分乘3200艘军舰和运输船，在1000架飞机掩护下，在西西里岛的西南部和东南部实施登陆。海岸意军士气低落，仅进行了微弱抵抗。至中午时分，巴顿和蒙哥马利的部队顺利地登上了各自的目标滩头，并保持着攻击态势。

1943年7月11日，西西里岛守军在意军古佐尼中将指挥下开始反击。德第15装甲师从岛上西部调到了东岸，以阻止蒙哥马利的英第8集团军向北面的奥古斯塔移动；德军戈林装甲步兵师和意大利的2个摩托化步兵师则向巴顿的美第7集团军发起反击。德空军出动了481架飞机频频轰炸盟军滩头部队，盟军飞机前来拦截，结果引起一场混战，盟军地面的防空武器不分敌我地进行炮击。激烈的战斗持续了一天，德军坦克几乎推进到距美第7集团军滩头阵地不足2公里处。巴顿亲临前线指挥美军奋力反击，海军也用猛烈的炮火轰击德军坦克。战至傍晚，德军损失大批坦克，被迫撤退。美军趁势攻占杰拉城。

1943年7月12日，东面的英第8集团军攻克了锡腊库扎。

德意军队第一次反攻失利后，凯塞林知道大势已去，只好与盟军混战以拖延时间，牵制盟军，然后经墨西拿海峡退至意大利的卡拉布里亚。希特勒亲自批准了凯塞林的计划，将驻卡拉布里亚的德军第29装甲师和驻法国的第1空降师调往西西里岛。在加强兵力的同时，德意部队加紧调动，以阻止英第8集团军威胁墨西拿。德戈林装甲师被调往东部的卡塔尼亚；德军第1空降师也同时在卡塔尼亚空降；德第15装甲师在恩纳附近阻止美第7集团军北进；新调来的第29装甲师部署在埃特纳火山西南。这样德意部队构筑了从恩纳到卡塔尼亚的坚固防线。

1943年7月13日，蒙哥马利手下的第13军奋力突击卡塔尼亚，盟军145架飞机载着英第1空降旅1900名士兵从突尼斯出发在卡塔尼亚空降，配合地面部队联合进攻。德军以德戈林装甲师和第1空降师进行顽强抵抗，牢牢控制着从卡塔尼亚通向墨西拿的海岸公路。蒙哥马利正面进攻受挫，被迫调第30军绕过埃特纳火山西侧，在美第7集团军的支援下进攻墨西拿。

巴顿不甘心让蒙哥马利独唱主角，他兵分两路，一路由布莱德雷率领美第2军在西西里岛中部支援英军作战，一路由凯斯将军率领1个暂编军直取西西里首府巴勒莫。

1943年7月22日，美军不战而克巴勒莫，俘虏意军5.3万人。巴顿的虚荣心得到了极大的满足，艾森豪威尔也为美军的胜利而兴高采烈。与此同时，蒙哥马利却在两个重要方向上都陷入困境，他的第13军被阻于卡塔尼亚，而向西迂回的第30军也在阿德拉诺地区徘徊不前。6个师对付不了德军3个师和一些意大利部队。

巴顿和布莱德雷见蒙哥马利受阻，决心变助攻为主攻，抢在蒙哥马利之前拿下墨西拿，一洗英国宣传机器的奚落和咒骂。布莱德雷的美第2军在攻占北部的佩特拉里亚后，迅速调头东进，沿北海岸公路直扑墨西拿。8月1日，艾伦指挥的美军“大红一师”向特罗伊纳发起进攻。攻击刚开始，艾伦低估了德军的兵力和战斗力，结果伤亡惨重败了下来。德军死守特罗伊纳，与美军殊死搏斗了7天才撤离该城。1943年8月5日，英第8集团军终于攻克卡塔尼亚，开始沿东海岸公路向墨西拿推进。德军有计划地边打边撤，沿途过河炸桥，并埋下数以万计的地雷。1943年8月10日，德意部队退到墨西拿附近，由于盟军没有切断墨西拿海峡的计划和行动，4万德军和7万意军用6天7夜的时间，完成了向意大利本土的敦刻尔克式撤退。

盟军向墨西拿的进军变成了美英两国军队的赛跑。

1943年8月16日傍晚，美军第3师的先头部队到达墨西拿城下。

1943年8月17日上午6时30分，美先谴部队进入墨西拿。10时30分，巴顿乘坐指挥车率领一个摩托车队驶进城里。1小时后，一队英军也吹吹打打地进了城。一位英国军官走到巴顿面前，同他握了握手说：“这是一场有趣的竞赛，我祝贺你的成功。”当天，岛上的一切抵抗均告停止，西西里岛登陆战结束。盟军占领了西西里岛，从此在地中海往来无阻，打开了登陆欧洲的大门。

7月4～9日，盟军特混舰队2 600艘舰船分别从北非和中东各港口启航，在空军间接和远距离空中支援下驶向西西里岛。由于缺乏直接航空火力掩护，海军舰船遭敌军袭击，被击沉十余艘。10日3时45分开始登陆，登陆后未遇顽强抵抗。11日和13日夜间，美、英空降部队分别实施第二次空降，但因组织协调不当，运输机遭己方炮击，损失严重。14日，德、意空军在西西里岛的昼间空中抵抗活动基本停止。1943年8月17日，盟军登陆部队占领了整个西西里岛，德、意守军在夜间渡海撤退到意大利。

德、意空军在西西里岛战役中进行了一系列反击行动。在盟国空军飞机频繁袭击岛上机场时，意战斗机出动690架次，德机出动500架次进行反击，虽取得一定战果，但没有保住西西里岛的基地。当盟军乘大批舰船向西西里岛开进时，意空军于7月10日先后5次袭击了防御薄弱的登陆突击队的船只，德机也多次袭击并炸沉炸伤数艘盟军运输舰船；13日，德、意轰炸机部队集中兵力袭击东部英军登陆地区，炸沉“爱斯基摩”号驱逐舰、“塔兰巴”号医院船及3艘自由轮；17日，德、意轰炸机又炸伤1艘自由轮和1艘军舰。

战争实践表明，空军在为陆海军提供间接支援的同时，还应提供直接支援。

在西西里岛登陆战役中，盟军共伤亡29811人，其中5532人死亡，14410人受伤，2869人失踪。德意军伤亡2.1万人，被俘13.2万人，此外还损失坦克260辆，大炮500门，飞机1700架。这次战役虽然没能消灭德军大量有生力量，但达到了迫使意大利退出战争的政治目的。1943年7月25日，墨索里尼下台，他的继任巴多格利奥上台后与盟国进行了秘密联系，试探投降的可能性。表面上，他因担心德军攻占意大利而继续抵抗盟军。但希特勒毫不客气地占领了意大利。

这次入侵亦影响苏德战争，第1阿道夫·希特勒警卫旗队装甲师从库尔斯克会战撤出，调往意大利，这也是导致德军在库尔斯克会战中失败的原因之一。