5月13日，美英参谋长联合委员会批准了代号为“爱斯基摩人”的作战计划。计划规定：巴顿中将所率美国第7集团军（3个步兵师）由美国海军中将休伊特指挥的西部特混舰队输送，作为第一梯队在西西里岛南部宽约64公里的地段登陆；第82空降师在杰拉东北地区空降，控制通往杰拉的公路，以阻滞德军的增援；第2装甲师和第1步兵师的第18团为留船预备队，随时准备上岸增援；第9步兵师为集团军预备队，在北非待命。蒙哥马利中将所率军第8集团军（4个步兵师、1个步兵旅）由英国海军中将拉姆齐指挥的东部特混舰队输送，作为第一梯队在西西里岛东南正面宽约70公里的地段登陆；第1空降师在锡拉库斯以南地区空降，夺取附近的桥梁和公路，保障主力推进；英军第78步兵师为预备队，在北非待命。登陆时间选在7月10日2时45分。
西西里岛位于地中海中部，北面隔着墨西拿海峡，与意大利本土相望。墨西拿海峡非常狭窄，最窄处仅3219米，南面隔着约170公里宽的突尼斯海峡，与突尼斯遥遥相对，是意大利南部的重要屏障。1943年7月，在西西里岛的德意守军共12个师（德军2个装甲师，意军6个岸防师、4个步兵师），另有意军2个岸防旅、1个岸防团、6个炮兵群，加上要塞守备部队，共约26万人。意军士气低落，战斗力差。岛上还有德军第15摩托化师和党卫军戈林装甲师，共约4万余人。这两个师都是德军的精锐部队。这些部队名义上属于意军第6集团军，但实际上直接听命于德军南线总司令凯塞林元帅。其防御部署在南岸200公里的海岸线上，只配置了2个海防师，每师防御正面多达百余公里，而且只构筑了少量工事。这2个师只装备轻武器，又没有足够的机动车辆，战斗力和机动力都非常有限。守军主力位于岛西北，准备在盟军登陆时实施反击，将盟军赶下海；如果反击不成，就凭借纵深山地，进行持久战。轴心国军队原在西西里岛部署有1400余架作战飞机，但在盟军的猛烈攻击下，大部撤回意大利本土，只留下500余架飞机为守军提供空中掩护。
登陆前近两个月，美英空军开始轰炸西西里岛、撒丁岛、希腊和意大利本土的机场、港口等军事设施。登陆前一个月内，轰炸几乎每天进行；登陆前一周，轰炸达到高潮，摧毁大量飞机。至登陆前，盟军已完全掌握制空权，并派出水面舰艇编队和12艘潜艇担任战役掩护，以免遭到意大利水面舰艇编队的截击。为隐蔽战役企图，美英采取一系列欺骗措施。例如，代号“特洛伊木马”后改称“肉馅计划”的战役欺骗行动，把一具带有对希腊和撒丁岛作战计划文件的“马丁少校”尸体空投到西班牙海岸附近，以误导德军决策层。希特勒误认为盟军将在撒丁岛或希腊登陆，因此将驻法国南部的第1装甲师和2个从苏联战场抽调下来的装甲师调到希腊。而西西里岛的防御丝毫没有得到加强。
在西西里岛登陆作战发起前，巴顿在对第7集团军官兵的讲话中说道：“记住，我们是进攻者，拥有主动权。我们必须始终迅速、猛烈、无情和不间断地进攻敌人，保持我们拥有主动权这一极大优势。你们可能会极度疲劳和饥饿，但敌人只会更加疲劳和饥饿。坚持战斗，我们必胜……”他要求部队“前进，不断的前进，一直到最后一颗子弹和最后一滴汽油用尽”。尽管按照作战计划，美军部队担负的是辅攻任务，与实施主攻的英军相比，有着预定登陆地域地形开阔、易遭敌毁伤、陆上进攻路线漫长等不利条件，但巴顿毫无畏惧，而是以更强烈的战斗热情投入作战。
7月10日3时45分，美英盟军在风浪中登陆。由于夜暗和风暴的掩护，登陆达成突然性，当日攻占纵深5～15公里的登陆场。巴顿在美军稳固占据登陆场后，立即率部快速向前突击，并创造性地运用步、炮、坦密切协同的新战法，在空中火力的全程支援下，以步兵突破敌军防线，打开缺口，后以优势坦克集群向敌大纵深高速发展进攻。在战役发起的第一天，巴顿亲临火线指挥十几小时，率部迅速攻占登陆场。在先后面临德军两个装甲师的反击时，他没有命令部队全面转入防御以固守登陆场，而是以攻对攻，密切协同海军火力，粉碎了德军反击企图；而后充分发挥装甲部队优长，果断实施高速突击，采用穷追猛打的战术，使德意军队来不及组织有效防御，逐渐形成溃散之势。
7月16日起，英军在卡塔利亚受阻，无法迅速攻占墨西拿，蒙哥马利指挥英军第8集团军主力被迫向西迂回，以绕过埃特勒火山德军防线。巴顿敏锐地捕捉到战机，说服盟军集团军群指挥员改变主攻方向，由他率美第7集团军沿西西里岛西海岸向北直插，第1步兵师于7月20日攻占交通中心安纳，第2装甲师和第3步兵师于7月22日攻克西西里首府巴勒莫。四天之内美军推进200英里，俘敌4.4万人，一举将德军压迫至墨西拿的狭窄地区，也使原来英军主攻、美军掩护其侧翼的作战计划，演变为英军掩护其侧翼、美军主攻的战局。这一行动极大地震撼了意大利政府，直接导致墨索里尼政权的倒台，巴顿用行动为美军赢得了荣誉。
8月1日，盟军发起了全线总攻，在猛烈的航空兵火力和地面炮火的支援下，英军于8月5日攻占了东部重镇卡塔尼亚，美军推进到尼科西亚，形成对德军的合围之势，德军后撤。巴顿为率先攻占墨西拿，精心计划组织了两次敌后登陆作战。8月7日夜晚，美军以1个营的兵力在墨西拿以西的圣阿加塔地区登陆，迂回包抄德军侧后，迫使德军后撤12英里。8月15日，美军又以1个营在布加罗登陆，迂回德军侧后，与正面部队形成夹击态势。德军为避免被围歼的结局，8月17日，将4万多德军和6万多意军，以及47辆坦克、94门火炮、9600余辆汽车、2000吨弹药和1.5万吨其他补给物资，经墨西拿海峡撤出西西里岛，返回意大利本土。8月17日晨6时，巴顿率领的美军第7集团军抢在英军之前，进入墨西拿。历时38天的西西里岛战役结束。
此役，德军约8000人阵亡，被俘约5500人。意军约有20万人投降或被俘。德意军损失潜艇10艘、飞机约740架。盟军缴获坦克250辆、火炮500门、飞机110架，损失驱逐舰2艘、坦克登陆舰4艘、医院船1艘、运输船11艘、飞机375架、火炮250门，阵亡7800余人，伤1.44万余人，失踪2870人。
这次战役美军能取得如此大的战果，很大程度上归功于巴顿独具特色的战役指挥才能。巴顿在作战中崇尚进攻，把进攻看作是赢得胜利的唯一途径。他说：“我对防御毫无兴趣，我打仗的座右铭是‘进攻’。”“无论是在肉搏中还是在战斗中，总是进攻者取胜，被动防守是不能打胜仗的。”在指挥进攻作战中，巴顿竭尽全力，使部队始终保持高速的进攻速度，以突然迅猛、持续不断的进攻行动，夺取并保持战场主动权，力求速战速决。巴顿认为：“只有一条战术原则是永恒不变的，这就是：‘用手中的一切手段在最短时间内给敌人造成最大的伤亡和破坏。’”战役后期，巴顿在组织部队向墨西拿的进攻作战中，面对依托坚固阵地防御之敌，灵活运用多种战法，连续实施数次小型两栖登陆，绕过德军防线，以海上侧翼实施包围，动摇敌防御体系，加速了德意军队溃逃之势，最终先于英军攻占墨西拿。西西里岛战役因而成为体现巴顿作战指挥艺术的经典范例。
虽然在这场英美两军相互竞赛的战役中，巴顿赢得了最后的胜利，但他的荣誉光环却因一件不幸的事件蒙上了阴影。当美军进攻墨西拿战火正酣之时，8月3日，巴顿视察第15后方医院，他突然看见一个未负伤的、从印第安那州米沙瓦加来的26岁的二等兵。他询问这个二等兵在这些真正因战斗负伤了的人们中间干什么。二等兵回答说：“我感到很恐怖，我再也受不了了。”巴顿听后勃然大怒，骂他是胆小鬼，然后用手套扇了这人一记耳光，接着把他踢出了收容伤兵的帐篷。
一个星期之后，在第93后方医院，巴顿又看到一个外形看似没有什么伤情的士兵，于是问他：“你怎么了？”那个士兵抽泣地回答：“我害怕，我再也受不了炮轰了。”巴顿又一次怒不可遏：“你害怕了？见鬼！你他妈的不过是个胆小鬼，你这个狗娘养的。”他扇了那个士兵耳光。“不许他妈的再嚎了。我不想让这些负了伤的勇士看着你这个狗杂种在这里哭喊。”他冲这人的头部狠击一拳，并对医院里接待他的官员大叫道：“是你收留这个黄毛杂种的吧？他在装病，我不允许这些没有勇气上战场的狗杂种把医院塞满。”最后，巴顿又转向士兵说：“回到前线去，你也许会阵亡，但你必须到前线打仗去。如果你不去，我就让你靠墙站着，命令执法队把你枪毙。”他一边掏出手枪，一边补充说：“我本该亲手打死你，你这个该死的、哭鼻子的胆小鬼！”事实上，这个士兵确实患有严重的精神疾病。这两次事件后来被记者报道后，引发了政界和民间的广泛声讨，使巴顿差一点就此解甲归田，巴顿不得不为自己急躁粗暴的性情付出昂贵的代价。