日軍攻占爪哇島的地麵作戰計劃是把爪哇島切割成三大塊來進行策劃的，日軍打算三路大軍同時實施登陸，一舉發起猛烈進攻，奪占戰略要地，殲滅守島主力，迫敵投降。
他們在此方麵做了具體的方案，方案主要內容是：第16集團軍主力第2師（師長丸山政男中將）和軍直屬隊從西端的雅加達灣、加拉旺角、孔雀港登陸；東海林支隊從雅加達以東的坎丹奧登陸；第48師（師長土橋勇逸中將）和阪口支隊從爪哇島東部泗水港西北的克拉甘登陸。
1942年日軍大本營將剛完成香港和馬尼拉作戰的第38和第48師團劃歸第16軍，第3飛行集團和第11航空艦隊負責空中支援，第2艦隊南方部隊負責海上支援。
當日本陸空配合於15日占領巨港，使日本控製了荷屬東印度一半的石油儲備後，第一階段作戰宣告結束時。爪哇島東、北、西三麵要地都被日軍攻占。
從3月1日開始，日軍進行了第二階段的作戰。日軍第2師團和16軍直屬部隊在孔雀港和萬丹灣登陸。第38師團的東海林支隊在坎丹奧登陸，第48師團和阪口支隊在克拉甘登陸，三麵夾攻爪哇島的盟軍。
3月1日淩晨2時到6時，三路日軍在東西相距將近1000公裏的三處同時登陸上岸，幾乎沒有遇到大規模的頑強抵抗。這確實有些出乎日本人的預料。為了保證日軍順利實施空中打擊，日軍首先把進攻的矛頭指向了機場。
當日11時半，登陸後的東海林支隊的敢死隊迅速攻入卡裏加齊機場，守軍頑強抵抗了一個小時。交戰中，日軍6個人組成的一個敢死隊小組偷偷潛入對麵樹林，從背後突入機場，殺掉了守在那裏的士兵，在對方陣營的房區豎起了太陽旗。守軍見此狀況，鬥誌一落千丈，很快就被日軍趕出了機場。到12時30分，日軍已完全占領了機場。
2日，遠藤三郎少將指揮的第3飛行集團150架飛機進駐卡裏加機場。卡裏加齊機場對荷蘭軍隊來說至關重要。3月3日黎明，荷軍企圖奪回機場。荷蘭空軍首先進行了襲擊，上午11時半，荷軍又出動60輛坦克發起第一次反攻。下午2時，荷軍兵力增加到120輛坦克，展開第二次反擊。處於劣勢的日軍開始進行了拚死守衛。占領機場的日軍第3飛行集團此時發揮了作用，他們施行低空轟炸，打退了荷軍的反擊。
很快，西路日軍主力部隊第2師團在雅加達灣登陸後，於3月5日攻占了首都雅加達。6日，東海林支隊主動向萬隆要塞發起進攻。7日下午，日軍攻破要塞前沿陣地。
東路第48師團於8日占領泗水港。同日阪口支隊占領芝加紮，徹底切斷了守軍撤向澳大利亞的退路。
3月9日，日軍第2師團占領萬隆。此時荷屬東印度代總督逃亡澳大利亞，守軍全無鬥誌，荷屬東印度軍事當局被迫向日本宣布投降。
這一次日軍不停頓地向爪哇挺進，海、空軍對盟軍基地進行占領，奪取製空權，並從海上和空中封鎖爪哇。從而為自己贏得了有利的條件，甚至能在某些不占優勢的情況下取得勝利。日軍通過爪哇戰役占領了整個東南亞，戰場態勢大大得到鞏固。
到此為止，對前文中提到的“第三路：由駐印度支那半島的日軍第15軍向泰國和緬甸進攻”還沒有做過任何介紹。而其實，這是日本既要向東南亞侵略同時又顧忌到向東南亞以外擴張的一個突出計劃。