Cuộc đối đầu quanh đỉnh Umurbrogol được như xem là trận chiến khốc liệt nhất mà quân đội Hoa Kỳ gặp phải trong thế chiến thứ II. Trong trận này Sư đoàn Thủy quân lục chiến số 1 Hoa Kỳ gánh chịu tổn thất nặng nề nhất từ khi chiến tranh nổ ra đến khi đổ bộ lên Peleliu lên đến 6.500 người chiếm hơn một phần ba quân số đơn vị, và không thể tham chiến cho đến trận Okinawa vào ngày 1 tháng 4-1945. Trong khi đó Sư đoàn tăng viện cũng phải chịu thiệt hại 3.200 người khi thực thi nhiệm vụ trên đảo Peleliu.

Trận đánh gây ra nhiều tranh cãi vì thiếu một chiến lược cụ thể. Trong khi sân bay mà quân Mỹ chiếm được trên đảo ít khi được dùng làm nơi cất cánh cho các máy bay ném bom Philippine. Hơn nữa hòn đảo chưa bao giờ được dùng làm căn cứ để chuẩn bị cho các trận đánh tiếp theo; thay vào đó hòn đảo Ulithi thuộc quần đảo Caroline nằm về phía Bắc của quần đảo Palau, được dùng làm nơi chuẩn bị cho các tàu tham gia vào trận Okinawa diễn ra trên chính quốc Nhật. Thêm vào đó, có rất ít bản báo cáo về tình hình chiến sự được thực hiện. Sở dĩ có tình trạng đó là do dự báo của Rupertus về một cuộc chiến chóng vánh chỉ trong 3 ngày, vì vậy chỉ có 6 phóng viên đi cùng với lính Mỹ lên đảo. Bên cạnh đó trận đánh ít được quan tâm do quân Mỹ tập trung vào kế hoạch của MacArthur chiếm lại Philippine và phối hợp với quân Đồng Minh đẩy lùi quân Phát xít Đức ở chiến trường châu Âu.

Sau trận chiến này cùng với trận Angaur sau đó đã giúp cho người Mỹ biết trước được cấu trúc phòng thủ của quân Nhật tại Iwo Jima và Okinawa tiếp theo.[4] Tuy nhiên chiến thuật đánh phá của Hải quân lại không cải thiện được bao nhiêu khi mà hiệu quả của nó ở Iwo Jima chỉ tăng chút ít so với ở Peleliu, nhưng tại Okinawa những cuộc bắn phá sơ khởi đã đạt được kết quả tương đối.[5] Cũng từ trận đánh này lực lượng người nhái đã thu thập được nhiều kinh nghiệm thực hiện việc phá hủy các chướng ngại dưới nước đồng thời làm quân Nhật tại Iwo Jima bối rối về vị trí chính xác của cuộc đổ bộ, nhưng lại thất bại khi đã báo động quân Nhật về bãi biển nơi quân Mỹ đổ bộ lên Okinawa.[5] Lực lượng chiến đấu trên mặt đất ở Peleliu cũng có thêm kinh nghiệm đối phó với các công sự vững chắc và áp dụng những chiến thuật đã biết vào trận Okinawa.[6]

Do thiệt hại nặng nề của trận chiến này, nên đề xuất của Đô đốc William F. Halsey, Jr. về việc đổ bộ lên đảo Yap và quần đảo Palau bị hủy bỏ. Nhưng trước đó Halsey đã cho rằng cuộc chiến trên đảo Peleliu và Angaur là không cần thiết và lực lượng Thủy quân lục chiến và binh lính nên được chuyển sang thực thi nhiệm vụ trên đảo Leyte. Tuy nhiên đề xuất này đã bị bác bỏ bởi Nimitz.