Залив Милн глубоко вдаётся в южное побережье острова Новая Гвинея с юга, и является прекрасной большой бухтой. Покрытые густыми тропическими лесами горы подходят близко к берегу, оставляя лишь узкую полоску суши, занятую садами местных жителей и кокосовыми плантациями. В глубине залива имелась крупная якорная стоянка, защищённая от муссонов. Природные особенности залива делали его идеальным местом для аэродрома и военно-морской базы: в чьих бы руках он ни находился — эта сторона могла помешать другой пройти вокруг южной оконечности Новой Гвинеи в Соломоново море или к Порт-Морсби.
Расположение залива Милн на острове Новая Гвинея.
В начале июня 1942 года в залив Милн были присланы одна рота 46-го сапёрного батальона США, одна австралийская пехотная рота и часть ПВО под общим командованием полковника Барно. Они быстро начали строить аэродром на плантациях Гили-Гили. 19 августа была доставлена американская зенитная батарея, а через пару дней прибыла 18-я австралийская пехотная бригада, закалённая в боях в Северной Африке, которой командовал генерал-майор Клауз. Таким образом, численность наземных войск была доведена до 8800 австралийцев и 1300 американцев. Военно-воздушные силы составляли 34 австралийских самолёта P-40 «Киттихок», которые базировались на одной достроенной посадочной площадке в двух милях к западу от Гили-Гили, и по соседству строились ещё два аэродрома.
Австралийские войска в заливе Милн.
Японцы, опьянённые предыдущими успехами, предприняли операцию против залива Милн без достаточной воздушной или артиллерийской поддержки. 24 августа из Рабаула к заливу Милн вышли транспорты «Кинай-мару» и «Нанкой-мару», на которых находилось 1900 человек из состава Специальных десантных сил флота. Их эскортировали крейсера «Тэнрю» и «Тацута», эсминцы «Таникадзэ», «Уракадзэ» и «Хамакадзэ», и два охотника за подлодками. На следующий день об этом конвое сообщил береговой наблюдатель с островов Тробриану; одновременно над аэродромами Гили-Гили появились 8 японских истребителей «Зеро», которые были перехвачены австралийскими истребителями. К полуночи 25 августа японский конвой вошёл в залив Милн и бросил якорь в районе Ванадала (в 9 милях к востоку от австралийского штаба в Гили-Гили), и десантный отряд в количестве 1200 человек был доставлен на берег. Утром австралийские истребители поднялись в воздух чтобы прикрыть несколько «летающих крепостей», которые прилетели со своей базы на мысе Йорк. В результате этого налёта был сильно повреждён транспорт «Нанкой-мару», а другие корабли, лишь частично разгруженные, были отогнаны в море; австралийские истребители обстреляли наземные войска.
Генерал Клауз решил не вести с японцами бои по ночам в глубине промокших джунглей под проливным дождём, а дожидаться атаки на границе аэродрома №3 («Тэрнбулл-филд»). После того, как первая атака японцев против аэродрома была отбита, они попытались доставить морем пополнения, но 7 больших барж были обнаружены самолётами Союзников у острова Гуденаф и уничтожены. Японские ВВС, истощённые в боях на Гуадалканале и задержанные плохими метеорологическими условиями, не могли помочь войскам в бухте Милн.
Зенитная позиция на аэродроме.
29 августа адмирал Микава прислал конвой, доставивший 776 человек под командованием капитана Яно, которые вместе с уже находящимися здесь войсками предприняли ожесточённую ночную атаку против Тэрнбулл-филд. На рассвете 31 августа они отступили, оставив 160 убитых. После этого американо-австралийские силы перешли в наступление. 2 сентября капитан Яно радировал в Рабаул: «Положение отчаянное. Все полны решимости сражаться до конца». Микава позаимствовал из армии 1000 человек и приказал капитану Ясуда произвести высадку в заливе Милн, принять командование над всеми наземными войсками и захватить аэродром, но 4 сентября отменил этот приказ и отдал приказ об эвакуации. В ту же ночь лёгкий крейсер и три сторожевых корабля сняли с берега раненых, а ночью 6 сентября эвакуировали остальные войска.
Из залива Милн японцами были эвакуированы 1300 человек из 2000 высадившихся, причём эвакуированные находились в очень плохом физическом состоянии; оставшихся ликвидировали австралийцы и туземцы, покончив с последними уже в ноябре.
В ходе боев Союзники потеряли 806 человек убитыми и 517 ранеными. Японские потери составили 625 человек убитыми и 311 раненными. Это был первый случай в войне на Тихом океане, когда японская десантная операция сорвалась из-за высоких потерь. Это восстановило в австралийских солдатах уверенность в себе, которую они потеряли после боёв на Малайском полуострове.