לאחר מכן השתתפה הדיוויזיה בקרב פלליו, שגבה מחיר דמים גבוה במיוחד. הנחתים נחתו באי הקטן בפלאו ב-15 בספטמבר 1944 כחלק מהגיס האמפיבי השלישי, ומפקד הדיוויזיה, מייג'ור גנרל ויליאם רופרטוס חזה שהקרב יימשך ארבעה ימים בלבד. למעשה, הקרב נמשך עשרה שבועות וארבעה ימים ונחתים רבים נהרגו במהלכו. הדיוויזיה הראשונה עזבה את האי אחרי חודש, וזאת לאחר שספגה 1,252 הרוגים ו-5,274 פצועים מידי הדיוויזיה ה-14 היפנית, במה שהיה אחד הקרבות הקשים ביותר במלחמת העולם השנייה.