Реальных надежд на удержание Явы, гарнизон которой составляли многонациональные, в значительной степени деморализованные части, конечно, не было. Понимая это, тысячи голландцев и англичан бились за места на последних пароходах, уходивших к Цейлону. В Сурабае и Батавии в это же время разгружались суда с беженцами из Сингапура и с восточных островов архипелага.

Регулярная голландская сухопутная армия на Яве насчитывала приблизительно 25 тыс. человек. Техническое оснащение голландских войск было весьма слабым. Особенно плохо обстояло дело с танками и артиллерией, так как США и Великобритания не смогли выполнить своих обещаний по поставке Голландии современного вооружения. На острове находились также австралийские, английские и американские части. В основном это были артиллерийские полки и танковые подразделения, однако их боевая ценность была невысока, потому что это были, как правило, бежавшие с Суматры или прошедшие малайскую кампанию части, потерявшие значительную часть снаряжения. Разномастные самолеты ВВС не могли не только соперничать с японскими, но даже эффективно вести боевую разведку или препятствовать высадке десантов. При этом, по подсчетам англичан, на острове скопилось более 6 тыс. пилотов, механиков и солдат обслуживания ВВС, которые были лишены самолетов, и пришлось принимать меры по их эвакуации с Явы, для того чтобы сохранить летные кадры. Оставался еще объединенный флот, в составе которого к этому времени было восемь устаревших крейсеров, 12 эсминцев и 32 подводные лодки, но ни одного авианосца, что резко снижало его возможности противостоять японским эскадрам.

После 19 февраля, когда японцы привели в порядок аэродромы на Бали и Южной Суматре, налеты японской авиации стали ежедневными и по мере приближения дня высадки становились все более интенсивными. Не зная, куда направит свой основной удар противник, командующий обороной острова голландский адмирал Хелфрич приказал подводным лодкам патрулировать Зондский пролив, а остальным кораблям стянуться в две эскадры, чтобы охранять западную и восточную оконечности острова. Хелфрич полагал, что вторжение будет произведено с двух концов острова. В соответствии с этим основные силы союзников были расположены в районах Батавии и Сурабаи, в то время как центральная часть острова была оголена.

Японская Южная армия смогла выделить для вторжения на Яву значительные силы — маршал Тераути надеялся покончить с сопротивлением гарнизона острова одним мощным ударом, чтобы развязать себе руки для дальнейших операций. Поэтому к Яве одновременно приблизились восточная группа — 48-я пехотная дивизия на 41 транспорте в сопровождении крейсера и шести эсминцев — и западная группа — 2-я дивизия и 230-й пехотный полк 38-й дивизии на 56 транспортах в сопровождении эскадры эсминцев. Движение групп прикрывалось 2-м флотом, в составе которого было два линкора, четыре авианосца и несколько крейсеров. Кроме того, эскадра в составе двух линкоров, трех тяжелых крейсеров и трех эсминцев обогнула Яву и вышла в Индийский океан, чтобы отрезать защитникам Явы пути к отступлению.

24 февраля голландцы обнаружили караван транспортов, идущий к Яве Макасарским проливом. Чтобы настичь и уничтожить его, в Яванское море вышла эскадра союзников под командованием адмирала Доормана. 25 февраля Доорман японские транспорты не нашел и на следующий день вышел в море вновь. К этому времени он лишился трех английских крейсеров, которым английское командование приказало покинуть Яву и уходить к Цейлону. В результате в распоряжении Доормана осталось только пять крейсеров и несколько эсминцев.

В ночь на 27 февраля крейсеры адмирала Доормана пошли вдоль побережья Явы, рассчитывая найти японские транспорты, однако за ночь им никто не встретился. Утром корабли повернули обратно. Уже у входа в гавань Сурабаи Доорман получил известие, что японские транспорты приближаются к берегу, и немедленно пошел на перехват. Адмирал не знал, что транспорты уклонились в сторону от маршрута и он идет на сближение с японской боевой эскадрой адмирала Такаги.

В 16 час. союзная эскадра увидела на горизонте дымы, и уже через 15 мин. началась артиллерийская дуэль, в которой японские корабли имели преимущество за счет дальнобойных орудий. Отбивая атаки японских миноносцев, крейсеры союзников маневрировали, чтобы сблизиться с японской эскадрой и ввести в действие тяжелую артиллерию. Во время одной из атак английский крейсер «Экзертер» был поражен японским снарядом и, снизив скорость, вышел из строя. И здесь сыграла злую роль несогласованность действий капитанов многонациональной эскадры. Один из крейсеров продолжал идти за «Экзертером», тогда как три остальных изменили курс, и эскадра смешалась. В этот момент одна из японских торпед попала в голландский эсминец, который разломился пополам и пошел ко дну, а остальные эсминцы, окружив «Экзертер», закрыли его дымовой завесой. Доорман приказал английскому крейсеру возвращаться в Сурабаю.

Наконец начало темнеть. Американские эсминцы покинули эскадру и также пошли к Сурабае, чтобы заправиться горючим и взять торпеды — эсминцы расстреляли весь свой запас, ни разу не попав в цель. Остальная эскадра в темноте потеряла противника, и Доорман в надежде все же настичь транспорты приказал идти к северу. Через полтора часа союзные корабли снова натолкнулись на японскую эскадру. Торпедная атака японских эсминцев на этот раз была эффективной — два голландских крейсера получили прямые попадания и через несколько минут пошли ко дну. На флагманском корабле погиб и адмирал Доорман.

Остатки эскадры смогли вернуться в Батавию и там заправиться. Утром английский крейсер «Хустон» и австралийский «Перт» покинули Батавию, которая находилась под непрерывной бомбежкой, и пошли на запад в надежде прорваться в Индийский океан. В 40 милях от Батавии они неожиданно натолкнулись на громадный караван транспортов, разгружавшийся у берега, — десант западной группы. Союзные крейсеры начали расстреливать транспорты в упор. Два транспорта пошли ко дну, несколько было повреждено, прежде чем корабли японского конвоя успели к месту этого боя и в течение нескольких минут пустили ко дну остатки эскадры Доормана.

Из всего союзного флота спаслись лишь четыре американских эсминца, которые не участвовали в последней стадии битвы в Яванском море. Ничто уже не мешало японским десантникам спокойно высаживаться на Яве.

Высадившись в 150 км к западу от Сурабаи, десант восточной группы не встретил сопротивления, так как в этом месте голландских войск не было. К утру 2 марта японцы продвинулись более чем на 50 км, захватив нефтепромыслы и железнодорожный узел. Отбрасывая голландские заградительные отряды, к утру 7 марта японцы вступили в Сурабаю.

Десант западной группы высадился в двух пунктах по обе стороны от Батавии. Колонны грузовиков, сопровождаемые легкими танками, сейчас же двинулись внутрь острова с целью захватить аэродромы и перерезать железную дорогу между Батавией и Бандунгом. Нападение было столь внезапным, что далеко не все самолеты смогли подняться в воздух и аэродромы достались японцам вместе с самолетами. 5 марта голландские части оставили Батавию и начали отступать к Бандунгу. Перед оставлением Батавии командующий обороной города генерал Поортен предложил объявить столицу Нидерландской Индии открытым городом и сообщил на запросы английского и австралийских офицеров, что голландское правительство не намерено принимать мер по организации партизанской войны «ввиду неясности отношения местного населения к европейцам».

Не успели австралийцы и англичане занять позиции у Бандунга, как генерал Поортен обратился по радио к войскам на Яве с приказом безоговорочно капитулировать, так как он достиг об этом договоренности с командующим японскими войсками. Это случилось утром 8 марта. В общей сложности оборона Явы — острова с многомиллионным населением, который защищали значительные силы союзников, продолжалась шесть дней — ровно столько, сколько понадобилось японским десантам, чтобы добраться до ее основных центров. По официальному японскому сообщению, в плен на Яве было взято 93 тыс. голландцев и 5 тыс. австралийцев, англичан и американцев.