ティロス島解放の初回作戦が失敗に終わったことを受け、連合国側の指導部は強力な戦力による再攻撃を決意した。新たな作戦は1945年2月27日の実施が決定され、そのために「シミ支隊」を構成する聖戦隊2個分遣隊、インド第5旅団の2個中隊、そしてすでに島内で活動していた3個偵察パトロール（合計12名）からなる強力な部隊が編成された。
補助要員を含めると、ギリシャ人・インド人・イギリス人合わせて513名が、作戦名「洞窟（ケイブ）」の実施のために集結した。事前の偵察により、敵守備隊の兵力はドイツ兵180～190名と若干のイタリア兵であり、ハイネマン中尉――守備隊唯一の将校――が指揮していることが判明した。
敵の防御態勢
敵主力は、スカラ・リヴァディア港周辺に位置するリヴァディア、デル・フィコ、標高165高地、クレアティ高地によって画される線上に防御配置についていた。この防御陣地は、西のミクロ・ホリオ高地と南のリフノス高地に設けられた6～7名規模の前哨によって警戒されていた。
例外的に、リフノス前哨は30名の兵力を擁していた。また、随時、島北西岸のアギオス・アントニオス湾方面へパトロールが展開していた。防御陣地は75mm対戦車砲RAK 40 2門、37mm砲1門、50mmおよび81mm迫撃砲多数で強化されていた。さらにドイツ軍は20mm機関砲搭載の装甲車とトラックを保有していたが、燃料不足のため移動不能と思われた。
ミクロ・ホリオの東には小規模な飛行場があった。敵守備隊の士気は低く、島の防衛はハイネマン中尉と少数の信頼できる下士官たちの資質に大きく依存していた。これらの情報をもとに、行動計画が策定されたのである。
作戦計画
襲撃部隊は、島北部で2個支隊、南部で1個支隊として行動することになった。北部では、機関銃小隊、迫撃砲班、インド兵小隊で増強された聖戦隊第3支隊（総員138名）がデモポウロス少佐の指揮下に入り、島北東岸のズンブーディ湾に上陸する予定だった。
第2の支隊は、インド兵中隊（1個小隊を除く）、聖戦隊の迫撃砲班、伝令班、衛生班からなり、総員246名でイギリス士官の指揮を受けた。同支隊は島北岸のアギオス・アントニオスに上陸後、スカラ・リヴァディアへ向かい、デモポウロス支隊の行動を西側から掩護する任務を負った。
南部では、機関銃小隊、迫撃砲班、イギリス士官2名と兵5名からなる班で増強され、総員115名の聖戦隊第2支隊がカザコプウロス少佐（カザコプウロス支隊）の指揮下で行動し、島南岸のアギオス・セルギオ湾に上陸することになっていた。3個支隊のそれぞれには、先行してティロス島に送り込まれた偵察パトロールが配属された。聖戦隊襲撃部隊全体の指揮はトリアンタフィラコス中佐に委ねられた。
ティロス島への上陸
2月27日、襲撃部隊は艦船に乗り込んだが、荒天のため作戦は3月1日まで延期された。3月1日の午後、各支隊は再び乗船し、シム島の港から17時にデモポウロス支隊、18時30分にカザコプウロス支隊、22時に残りの部隊が出航した。
デモポウロス支隊は20時にズンブーディ海岸に上陸し、そこで偵察パトロールの出迎えを受けて状況説明を受けた。続いて支隊長は部下に任務を指示した。ルマキス中尉率いる第1小隊はアマリの敵前哨を無力化し、ガラタ・グレモス高地に進んで防御態勢を確立した。第2小隊はミクロ・ホリオへの道路上に遮断陣地を設置し、第3小隊はパルコトス高地を占領して標高265高地に布陣した。同時に、インド兵小隊はアギオス・アントニオスへ前進し、主力の受け入れ態勢を整えた。
主力は2時30分にアギオス・アントニオス湾に上陸し、直ちにデモポウロス支隊の増援に向かった。すなわち、インド兵1個中隊はガラタ・グレモス高地へ、もう1個中隊は標高265高地へ進み、そこに迫撃砲班と聖戦隊およびインド第5旅団の司令部が設営された。
ドイツ軍の反撃と北部の戦闘
ついにドイツ軍は連合軍部隊の存在に気づき、4時40分、ガラタ・グレモス高地を占領していた聖戦隊部隊に対して攻撃を開始した。しかし、ドイツ軍の攻撃は容易に撃退された。直後、聖戦隊のこの部隊はインド兵中隊と交代し、デモポウロス支隊の予備として標高265高地へ移動した。
10時までに、インド兵中隊はガラタ・グレモス高地以南の地域を掃討した後、ミクロ・ホリオへ前進した。標高265高地にあった聖戦隊部隊は、飛行場南方の標高165高地へ前進し、標高153高地を占領して防御態勢を確立した。直後に標高165高地を攻撃し、14時までにこれを攻略、ドイツ兵40名と島の守備隊司令官を捕虜にした。
同時に、インド兵のもう1個中隊はメガロ・ホリオから南東へ前進し、まずメラヴィグラ高地、次いでクレアティ高地に布陣した。デモポウロス支隊の残りの聖戦隊部隊は標高165高地へ前進し、そこから機関銃火力で、ミクロ・ホリオとクレアティ高地から標高185高地へ向かうインド兵中隊の前進を支援した。
南部地区の戦闘
南部では、カザコプウロス支隊が21時30分にアギオス・セルギオ湾に上陸し、偵察パトロールの助けを得て北へ進み、3月1日0時15分までにゲロンデス高地に布陣した。直後、聖戦隊の各小隊はさらに北の適切な陣地へ前進し、1時30分までにビグラ高地南側を防御するドイツ軍前哨を攻撃するための態勢を整えた。
攻撃は同日7時に開始され、まもなく敵の抵抗は打ち破られ、前哨警備の8名が捕虜となった。聖戦隊はビグラ高地へ前進して防御態勢を確立し、そこからデル・フィコおよびクレアティ高地地域におけるデモポウロス支隊の攻撃を支援した。8時30分、カザコプウロスの部隊は北東へ前進し、カステロとリヴァディアのドイツ軍を圧迫していった。
包囲と最終突撃
ドイツ軍は主要抵抗拠点へ退却を余儀なくされたが、そこで包囲されることになった。16時までに、デモポウロス支隊とカザコプウロス支隊は、インド兵1個中隊との協同により、リヴァディア防御陣地における敵最後の抵抗への攻撃を開始した。目標は即座に占領され、両支隊間の連絡が達成された。17時には、作戦を掩護する海軍砲撃の支援を受けて、両支隊は組織化された敵陣地を攻撃した。
こうして短時間のうちにリヴァディア地域は掃討され、防御者全員が捕虜となった。同時に、カザコプウロス支隊の聖戦隊の一団はカステロ高地を占領し、警備のドイツ兵8名を捕虜にした。18時までに島の敵守備隊は完全に無力化され、襲撃部隊の各部隊にはリヴァディア地域に集結して夜を過ごし、デル・フィコとゲロンデスの高地に前哨を配置するよう命令が下った。
作戦の結果
襲撃部隊は3月2日までティロス島に留まり、その後ただちに出発、島の管理のために5名の聖戦隊パトロールを残した。「洞窟」作戦におけるドイツ軍の損害は、戦死20名と捕虜142名（うち負傷8名）に達した。守備隊の火砕と重火器はすべて鹵獲された。一方、襲撃部隊の損害は、インド兵2名が戦死し、聖戦隊員2名が負傷するにとどまった。