La batalla comenzó el 16 de noviembre, cuando la 7ª División australiana cruzó el río Kumusi, a unos 65 km de las cabezas de playa, en persecución de las fuerzas japonesas en retirada. En la víspera del 19 de noviembre, la Brigada 25 avanzaba hacia Gona, por la ruta de Jumbora, mientras que la Brigada 16 avanzaba hacia Sanananda por la de Soputa. El 126º Regimiento estadounidense (menos el 1er Batallón) fue puesto bajo el mando de la 7ª División para proteger su flanco oriental. La 32ª División se acercaba a Buna por la ruta costera y por la ruta de Simemi. Harding se preparó para atacar posiciones en el extremo este de las defensas de Buna en las cercanías de la pista de aterrizaje y la plantación. Los ataques se lanzaron el 19 de noviembre, utilizando los Batallones 1 y 3 del 128 Regimiento de Infantería. El mismo día, la Brigada 25, acercándose a Gona, hizo contacto con posiciones defendidas situadas a lo largo de su línea de avance. La Brigada 16, acercándose a Sanananda, hizo contacto al día siguiente.
Hasta ese momento, solo había habido un contacto limitado con los defensores japoneses cuando los australianos se acercaban a las cabezas de playa. Había sido lo mismo para la 32ª División. Esta situación cambió rápidamente cuando las fuerzas atacantes encontraron una fuerte resistencia. La doctrina convencional de maniobra y apoyo de fuego fue anulada por el terreno, la falta de armas pesadas y la escasez de suministros. Las dificultades se vieron agravadas por la determinación de los japoneses que luchaban desde posiciones defensivas bien preparadas. A pesar de los repetidos ataques durante las próximas dos semanas, los Aliados hicieron pocos progresos y se enfrentaron a un número creciente de bajas. Las condiciones se compararon con una "viñeta tropical de las condiciones de guerra de trincheras de la guerra anterior".
El 2º Batallón, 126º Regimiento volvió al mando de la 32ª División el 22 de noviembre, mientras que el 3er Batallón se encargó de asegurar el cruce de vías Soputa-Sanananda-Cape Killerton. El 30, después de casi una semana de escaramuzas indecisas a través del monte, se estableció la posición que se conocería como "barricada de Huggins" en la ruta de Sanananda, justo al sur del segundo cruce de vías del cabo Killerton. La posición estuvo a cargo de esta unidad hasta que el 22 de diciembre fue relevada por el 39° Batallón. Atrapado entre las posiciones japonesas a lo largo de la ruta, comprometió la línea de comunicación con las posiciones japonesas de avanzada; sin embargo, su propia posición era igualmente tenue. Las posiciones avanzadas japonesas estaban rodeadas pero no aisladas.
Al concentrar refuerzos, la posición japonesa en Gona finalmente se despejó en la mañana del 9 de diciembre. La posición fue amenazada por las fuerzas japonesas que habían desembarcado en la desembocadura del río Kumusi y la lucha continuó al oeste de Gona Creek durante algún tiempo.
Atacando el área de Buna desde ambos flancos, las fuerzas estadounidenses entraron en la aldea de Buna el 14 de diciembre pero se llegó a un punto muerto virtual en el flanco oriental. Esto se alivió con la llegada de la 18ª Brigada australiana y los tanques Stuart del 2/6.º Regimiento Blindado. Con un ataque el 18 de diciembre, siguió un progreso constante a partir de entonces. El 3 de enero se había limpiado la zona de Buna, hasta el río Girua.
La 7ª División australiana continuó presionando las posiciones japonesas avanzadas a lo largo de la pista de Sanananda sin un resultado decisivo, a pesar de los refuerzos y el redespliegue de unidades que habían estado luchando en Gona. Las cifras preparadas por el cuartel general de la 7ª División mostraron que, del 25 de noviembre al 23 de diciembre, la división había recibido 4.273 soldados para reemplazar los 5.905 perdidos en su frente por todas las causas. Por lo tanto, la fuerza de Vasey era alrededor de 1.632 más débil que al principio. Al cierre de diciembre, no había perspectivas de que la división fuera reforzada por más unidades australianas, pero la 163a Infantería de la 41a División de EEUU había recibido la orden de ir a Nueva Guinea y llegó a Port Moresby el 27 de diciembre, para ser puesta bajo el mando de la 7a División. Después de la caída de Buna, la 32ª División debía avanzar hacia la posición principal de Sanananda desde el este.
El 12 de enero, las posiciones japonesas al sur de Huggins fueron atacadas sin éxito por la 18ª Brigada. Después de esto, Vasey hizo una apreciación de la situación. Estas observaciones, aunque se hicieron en respuesta al ataque del día 12, ejemplifican las condiciones en las que se llevó a cabo la batalla.
Como resultado del ataque de 18ª Brigada de Infantería australiana el 12 de enero de 1943, ahora está claro que la posición actual, que ha sido ocupada por los japoneses desde el 20 de noviembre de 1942, consiste en una serie de localidades perimetrales en las que hay numerosos bunkers. del mismo tipo que los encontrados en la zona de la Buna. Atacarlos con infantería era repetir los costosos errores de 1915-1917 y, en vista de los limitados recursos disponibles, parece poco probable que tales ataques tengan éxito.
La naturaleza del terreno impide el uso de tanques excepto a lo largo de la pista principal de Sanananda en la que el enemigo ya ha demostrado que tiene cañones A-Tk capaces de noquear al tanque ligero M3.
Debido a la densidad de la maleza en el área de operaciones, estos bunkers solo se descubren a distancias muy cortas (en todos los casos por debajo de las 90 m y, por lo tanto, no es posible someterlos a un bombardeo artístico sin retirarse. nuestras propias tropas. La experiencia ha demostrado que cuando nuestras tropas se retiran para permitir tal bombardeo, el japonés ocupa el territorio desocupado de modo que el bombardeo, además de causarle poco daño, solo produce nuevas posiciones de las que el japonés debe ser expulsado.
El problema de las posiciones avanzadas en la vía principal se resolvió con la retirada japonesa durante las dos noches siguientes (a partir del 12 de enero) y las posiciones fueron ocupadas la noche del 14. La 18ª Brigada avanzó rápidamente sobre Cabo Killerton y luego sobre Sanananda. Se estableció un enlace con la 32ª División en Giruwa el 21 de enero. La batalla concluyó el 22 de enero, pero todavía había muchos japoneses deambulando por la zona.
Los japoneses habían planeado la evacuación del área, pero esto fue superado por la velocidad del avance aliado.Unos 1.200 enfermos y heridos fueron evacuados por mar del 13 al 20 de enero. El 20 de enero, Yamagata ordenó una evacuación y en la noche del 21, grandes sectores de la fuerza que aún permanecían en el área comenzaron a separarse de acuerdo con sus órdenes. Unos 1000 escaparon por tierra al oeste de Gona, pero fuentes japonesas sugieren que puede llegar a 1900.