同盟国方面，印尼当时为荷兰殖民地，主要兵力为6.5万荷印军和1.6万美澳军，但荷印军下级军官和士兵多为印尼当地人，与中上级荷兰军官存在深刻矛盾，而且装备低劣，训练又差；美澳军则是刚从菲律宾撤下来的败军，士气低落。日军第一阶段作战，分为西、中、东三个方向。
西路主要兵力为川口支队和第38师团，川口支队是由第35旅团旅团长川口清健少将指挥的第124步兵联队，加强有海军陆战队和工兵一部。12月16日在米里登陆，然后兵分两路向婆罗洲纵深推进。2月14日，久米精一大佐指挥的第1空降旅在苏门答腊岛巴邻旁伞降着陆，经过激战攻占巴邻旁。次日，第38师团先遣部队赶来，协同空降兵巩固巴邻旁。2月18日第38师团主力也抵达，完整夺取了巴邻旁油田。中路，以坂口支队为主要兵力，坂口支队是由第56混成联队长坂口靖夫少将所部，加强有炮兵和工兵一部。负责夺取婆罗洲东南的打拉根、巴厘巴板和马辰。1月11日，日军在打拉根登陆，但遭到荷印军顽强抵抗，直到14日才攻取打拉根，此时岛上的石油设施已遭到严重破坏。1月24日，日军又在巴厘巴板登陆，三天后攻占机场和巴厘巴板城。日军对马辰的攻击采取的是海陆夹击，2月10日海上攻击的部队登陆，陆上进攻的部队经过九天的急行军也同时发起攻击，两路夹击迅速攻占马林机场和马辰。
东路日军以东方支队（即第38师团一部）和海军陆战队组成，东方支队于1月31日和2月20日攻占安汶和帝汶，海军陆战队于1月11日、24日、2月9日和19日接连攻占万鸦老、肯达里、望加锡和巴厘。至此，爪哇岛东、北、西三面要地都被日军攻占，第一阶段作战宣告结束。第二阶段作战，从3月1日开始，日军第2师团和16军直属部队在孔雀港和万丹湾登陆，第38师团的东海林支队在坎丹奥登陆，第48师团和坂口支队在克拉甘登陆，三面夹攻爪哇岛的盟军。东海林支队于登陆当天就迅速攻占加里茶机场，并切断雅加达和万隆之间的交通。第2师团5日攻占雅加达，6日攻占茂物，9日占领万隆。第48师团于8日占领泗水港，同日坂口支队占领芝加扎，彻底切断守军撤向澳大利亚的退路。3月9日，爪哇岛盟军余部投降。3月12日占领爪哇岛，3月15日前，占领荷属印度诸岛。
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