其实日军在台岛、琉球群岛、九州岛一线的防御已经是非常严密了，只不过日军海上力量严重不足，不足以防御整个海面，日军指挥官牛岛满深知此次战役艰难，于是将绝大部分兵力部署在冲绳岛南部地区，北部只有少数部队，这就造成了盟军刚开始几乎没有遇到什么有效抵抗的局面。
盟军选择登陆的地点在冲绳岛南端的西北角——庆良间列岛，日本人粗心大意忘记了在这片岛屿上部署大量兵力和修建防御工事，不过日本人本身兵力就严重不足，部署在整个冲绳地区的兵力满打满算也就十万人，因此在庆良间列岛上没有什么有效的防御工事，让盟军不费吹灰之力就占领了庆良间列岛。
日本人知道盟军发动冲绳岛登陆战之后，日本联合舰队当即从本土向冲绳岛前进，企图与美军进行海上决战。盟军得到消息后，于翌日，盟军快速航母舰队迎战于九州西南海域。此次除了联合舰队，日本方面还从本土运来了五个师团、三个独立旅团，一共二十万人交由牛岛满指挥，这与历史上的情况完全不同了，历史上根本就没有这二十万人的增援。
原本日本大本营将冲绳岛上最有战斗力的第九师团调往台岛布防引起了牛岛满的极大不满，牛岛满对此次防御作战的积极性大为减弱，不过这次日本大本营又给他调了二十万人，这才让他充满信心。
且不说地面战役。海面战斗机场激烈，从8月6日开始。双方两支舰队在九州岛西南海域遭遇，当即拉开了最后一次大海战的序幕。
6日和7日这两天，日军以九州岛的第五航空舰队和第六航空军为主要兵力，台岛和先岛群岛的第一航空舰队和第八飞行师团为辅助兵力，出动海军飞机462架，陆军飞机237架，共699架，其中自杀飞机355架。击沉美军驱逐舰3艘、坦克登陆舰1艘和万吨级军火船2艘。击伤战列舰、航母、护卫舰和布雷舰各1艘、驱逐舰8艘，美军伤亡有数百人之多，尽管战前美军就估计到了日军会发动自杀性攻击，但日军攻击之疯狂、美军损失之惨烈，仍令美军胆战心惊。日军将这两天的战斗称为“菊水一号”作战，出击的日机共被击落335架，约占出击总数的48%。
8日。为配合菊水作战，日本联合舰队决定以第二舰队的“大和”号战列舰、“矢矧”号巡洋舰和“冬月”、“凉月”、“矶风”、“滨风”、“雪风”、“朝霞”、“霞”、“初霜”号等8艘驱逐舰组成海上特攻队，于8日佛晓时分突入冲绳以西海域，歼灭美军登陆编队，支援冲绳岛上守军夺回机场。由于日军燃油严重短缺，联合舰队费尽九牛二虎之力才搜集到2500吨燃油。还不到“大和”号燃油舱容量6400吨的一半，勉强能保证前往冲绳的单程油耗所需，而且因为航空兵力全数投入菊水作战，对这支出击的舰队没有任何空中掩护，完全是一次地道彻底的自杀性海上特攻行动。所以参战官兵都清楚此次作战是有去回的，在出征前例行的诀别酒会上。很多人都情不自禁有些失态，与以往出征前的诀别酒会有说有笑的场景，截然不同，充满着赴死前的悲怆与凄然。
6日下午，“大和”号全舰3000官兵在甲板上集合，听舰长宣读联合舰队司令丰田副武发来的出击命令，随后全体高唱国歌、军歌，并三呼万岁，然后拔锚启航。由于下关海峡已被美军布设的水雷封锁，日军舰队只得经丰后水道沿九州岛南下。
8月7日六时舰队通过大隅海峡，经九州岛最南端的佐多岬后伊藤决定以280度航向先向西，尽量避开美军飞机的搜索，到黄昏后再转向冲绳。其实早在日军舰队经过丰后水道时，就已经被在丰后水道的美军“线鳍鱼”和“棘鱼”号潜艇发现了，这两艘潜艇任务是监视丰后水道的日舰活动，因此都没有对日舰进行攻击，只是将敌情迅速向斯普鲁恩斯报告。[
斯普鲁恩斯接到报告，立即命令戴约少将指挥第54特混编队的6艘战列舰、7艘巡洋舰和21艘驱逐舰，从冲绳海域迅速北进，尽可能引诱日军舰队向南，使其得不到岸基航空兵的支援，也不能迅速撤回本土，以利第58特混编队的航母舰载机实施攻击；如果舰载机未能将其消灭，第54特混编队的战列舰和巡洋舰就以舰炮火力歼灭之。同时命令米切尔的第58特混编队作好战斗准备。米切尔随即率领58特混编队的第一、三、四大队向冲绳东北海域航进，以占领有利的出击位置，第二大队因正在冲绳以东海面进行水上补给，没有参加此次战斗。
8月7日拂晓，盟军第58特混编队就出动了约40架飞机，呈扇面搜索冲绳北面海面，而担负突击任务的机群则在航母甲板上待命，只等一发现日舰就立即起飞攻击。八时三十二分，“埃塞克斯”号航母的侦察机在甄列岛西南发现了日军舰队正以12节航速300度航向行进。正在空中巡逻的从庆良间列岛起飞2架水上飞机闻讯后，立即赶到目标所在海域跟踪监视。
九时十五分，米切尔派出了16架战斗机对日舰进行跟踪监视。盟军飞机在日舰高射炮射程之外盘旋，克服天气不佳的困难，始终与日舰保持着接触，并不断向米切尔报告日舰的位置、航向和航速。十二时三十分，盟军战机飞临日舰上空发动大规模空袭，日军舰队排成菱形队形，“大和”号居中。巡洋舰和驱逐舰则在其四周，正以26节航速行进。作为日本海军联合舰队象征。排水量68万吨的巨型战列舰“大和”号的沉没，标志着联合舰队的彻底覆没，同时也宣告了巨舰大炮主义的彻底破产。
在盟军机群攻击大和号战列舰的同时，部分美机也对“矢矧”号巡洋舰和驱逐舰发动了攻击，“矢矧”号已经丧失了机动能力，美军轰炸机和鱼雷机进行的攻击动作漂亮、出色，简直是教科书式的表演，“矢矧”号累计被击中七条鱼雷和十二枚炸。于十四时零五分倾覆沉没。“矶风”号、“朝霞”号和“霞”号驱逐舰也先后遭到重创，不得不自行凿沉。当“大和”号沉没后，第四十一驱逐舰大队大队长吉田正义大佐接替指挥，他一面组织残余舰只打捞落水人员，一面向联合舰队司令发电报告战况并请示下一步行动指示。十六时三十九分，联合舰队司令丰田鉴于预期计划已法实现，决定终止海上特攻。吉田随即率领余下的4艘驱逐舰带着创伤，于8日回到了佐世保基地。
盟军的战列舰、巡洋舰编队还未投入战斗，日军的这支海上特攻舰队就被盟军舰载机所消灭，盟军共出动舰载机386架次，其中战斗机180架次，轰炸机75架次。鱼雷机131架次，被日舰击落10架。日本海军在冲绳海域活动的11艘潜艇，由于盟军反潜兵力雄厚，警戒严密，未获任何战果反而被击沉8艘。至此，日本海军对冲绳岛守军的支援均告失利。虽然其空中特攻作战给盟军造成不小的损失，但对整个登陆战役，起不了决定性的影响。
12日和13日，日军发动第二次菊水作战，因为“菊水一号”作战中损失的飞机还没来得及补充，所以出击的飞机数量要比第一次少，海军出动200架，陆军192架，共392架，其中自杀飞机202架。