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.

Погибло пять танкистов внутри танков «от действий фугасных устройств», десять — при высовывании из башенных люков, в основном при попытках открыть огонь. Еще десять умерли от ран в госпиталях. Обилие круглых цифр дает основание сделать вывод о приближенности и оценочности приведенных Кузнецовым данных, указывающих лишь на порядок цифр, чтобы скрыть использованные полуофициальные источники информации автора. Очевидно, не учтена и гибель экипажа «Абрамса» (четыре человека), сорвавшегося с моста и утонувшего в Евфрате во время штурма Багдада. Тем не менее, военные эксперты признали анализ в целом достоверным.

Сопоставление различных заявлений ответственных лиц американской армии дает возможность определить долю Фаллуджи в безвозвратных потерях «Абрамсов» примерно от 35 до 50. Безвозвратные потери легкой бронетехники — до 100 единиц. То есть потери в «битве за Фаллуджу» сопоставимы с потерями российской бронетехники при первом штурме Грозного.

Данные по потерям танков коалиции в Ираке до сих пор не преданы полной огласке. Что во многом связано с внутренними проблемами и противоречиями в руководстве США и в военном ведомстве, в свою очередь имеющими исток в противоречии между политическими и военными воззрениями на проблему использования танков.