Довольно быстро защитники города выявили уязвимые места «Абрамсов» — верхняя полусфера, борта башни и корпуса. Броня бортов моторного отделения легко пробивалась устаревшими кумулятивными боеприпасами РПГ-7 и СПГ-9 даже с защитой из навесных экранов. А на узких пересекающихся улочках выехавший на перекресток танк неизбежно подставлял борт под удар РПГ. Особо уязвимой оказалась корма, которую пробивали даже бронебойные пули крупнокалиберных пулеметов. Днище танка оказалось малостойким к подрывам фугасов, закопанных в грунт на проезжей части. Ненадежным узлом конструкции оказалась ВСУ (вспомогательная силовая установка) в левой задней части башни, которая также поражалась из крупнокалиберных пулеметов. Вытекающее из ВСУ горючее проникало в моторный отсек, где возгоралось от тепла двигателя. Пожар в кормовом отсеке обычно приводил к детонации боекомплекта в арсенальном отделении башни, что полностью выводило «Абрамс» из строя. Даже в лобовой проекции выявились уязвимые места: зазор между корпусом и башней и маска орудия в районе приборов наведения.
Проблемой стала корректировка огня артиллерии и авиации из-за трудности ориентации в однообразных улочках и строениях. Поддержка ударных вертолетов значительно ослабла после того, как оборонявшиеся сбили вертолет «кобра». Всего в ходе боев было сбито пять вертолетов коалиции.
При продвижении вглубь города наступавшие натыкались на хорошо укрепленные узлы обороны, обычно представлявшие собой одно или несколько зданий прочной постройки, возвышавшиеся над кварталом. Огонь артиллерии и наведение авиации большей частью не приводил к разрушению этих строений. Единственным надежным средством подавления становились танки, выдвигавшиеся вперед и открывавшие интенсивный пушечный огонь прямой наводкой. При достаточной интенсивности и продолжительности огня противник оставлял позиции.
Еще одним эффективным тактическим приемом в малоэтажных частях города стало «прорубание просек»: танк сносил бетонные или каменные заборы, из пушки в упор разрушал здание во дворе и двигался дальше, прикрывая пехоту.
Уже на второй день продвижение забуксовало, морские пехотинцы вынуждены были отойти на нескольких участках. Город вновь подвергся интенсивной огневой обработке, после чего началась массированная атака. 13 ноября, как и предполагалось планом, командование объявило о полном захвате города. Хотя еще оставался не занятым «мешок» на юго-востоке.
Но оперативная ситуация в тот день обернулась зеркально. По подземным коммуникациям ополченцы проникли в тыл наступавших. Пополнив запасы боеприпасов из тайников, они массированно атаковали американцев с тыла. Наступавшие оказались в окружении.
Атаки продолжились ночью. На «Абрамсах» установлены многоканальные прицелы, помогавшие поражать цели ночью на дальней дистанции, но вне угла визирования в прицел танк оказался «слеп». Пользуясь этим, ополченцы могли приблизиться к танку на расстояние броска гранаты.
В применении танков была избрана новая тактика — при продвижении вперед танки обстреливали из орудий все попадающиеся на своем пути строения. Что принесло частичный успех: в некоторых домах детонировали склады с взрывчаткой и СВУ или заложенные в стены фугасы. При такой тактике продвижение вперед оказывалось крайне медленным.
В результате контрнаступления боевиков американцы были вынуждены оставить примерно треть города, а в занятой части проводить повторную зачистку. Перегруппировав силы, американцы вновь заняли большую часть города. Прием с тайным проникновением в тыл был вновь повторен инсургентами. Кварталы в тылу американцев пришлось зачищать по третьему разу.
Время уходило, битва затягивалась. По официальной версии Пентагона 20 ноября остатки «боевиков» были выбиты из города. Последующие многочисленные расследования выявили, что к названному сроку оборонявшиеся удерживали четверть территории Фаллуджи. Против них были применены бомбы большой мощности и массированно — белый фосфор, который приравнивается к ОМП малой мощности. При горении белый фосфор наносит смертельные ожоги — огонь практически невозможно сбить подручными средствами или потушить водой. Несгоревшие остатки являются сильным ядом. Таким образом, окончательно сопротивление было сломлено только применением ОМП.
Данных о потерях танков в Фаллудже пресс-центр Пентагона не сообщил. 30 марта 2005 года американская газета USA Today, опубликовала аналитическую статью эксперта Стивена Кузнецова, основанную на множестве источников. В ней, в частности, сообщалось, что за два года военных действий в Ираке примерно 70 % «Абрамсов» попали под воздействие огня и получили повреждения различной степени. То есть 770 из 1100 задействованных. 80 танков было потеряно безвозвратно. Уровень потерь превзошел потери танков в «Буре в пустыне» в 5 раз, когда было безвозвратно утрачено 16 танков.