其实日军在台岛、琉球群岛、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**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，日军以州岛的第五航空舰队和第航空军为主要兵力，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无回的，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州岛南下。
8月7日时舰队通过大隅海峡，经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。
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。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6.8万吨的巨型战列舰“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”号累计被击七条鱼雷和十二枚炸弹。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。十时三十分，联合舰队司令丰田鉴于预期计划已无法实现，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，其自杀飞机202架。
由于兵力不足，日军在攻击战术上作了一些改进，先出动战斗机吸引美军的战斗机，当美军战斗机燃料耗尽返回母舰时，攻击机才飞临目标上空进行攻击，同时日军还开始使用一种新式武器——“樱花弹”，实际上是火箭助推的载人航空炸弹，由攻击机携带到达战区后月兑离载机，由敢死飞行员驾驶冲向目标，装有一吨烈性炸弹，由三台固体燃料火箭发动机推进，时速高达800公里，威力很大，美军则称之为“八格弹”，这种武器给美军造成了不小的损失。
此次作战，日军共击沉美军驱逐舰、登陆舰各1艘，击伤战列舰1艘、驱逐舰6艘、护卫舰3艘、扫雷舰、布雷舰和登陆舰各1艘，日军损失飞机205架。1945年4月旬开始，美军为了减少损失，在日机最有可能来的方向派出雷达警戒舰，当发现日机飞来，一边发出预警，一边引导空的战斗机前去拦截。此外还在刚占领的冲绳岛机场上布置大量战斗机，专门用于截击日军来犯飞机。
时隔三天，日军于16日发动了第三次菊水作战，出动海军飞机391架，陆军飞机107架，共498架，其自杀飞机196架，击沉运输舰和军火船各1艘，击伤航母、驱逐舰、医院船各1艘，运输舰2艘，日机损失182架。
在此次战斗，美军的“拉菲”号驱逐舰浴血苦战，赢得了“不沉之舰”的荣誉，成为美国海军勇敢和坚强的象征。
当天“拉菲”号担任雷达警戒舰，早上八时许，发现日军50余架飞机飞来，便立即发出预警，并引导空的战斗机前去拦截，
由于此时空双方飞机混杂在一起，“拉菲”号怕误伤己方飞机，没敢开火。很快两架日军自杀机猛冲过来，“拉菲”号迅速开火将其击落，随即又有20余架日机从几个方向扑来，“拉菲”号全力以赴，组织全舰火力对空射击，日机集攻击，使“拉菲”号难以兼顾，先后被三架自杀飞机撞，其一架正撞在127毫米尾主炮的炮塔上，剧烈的爆炸当场就将炮塔炸飞，火焰和浓烟喷涌而出，高达60米，甲板上到处是日军自杀飞机上航空燃油溅洒所引起的燃烧，火势熊熊，损管队员冒死拼搏，竭力控制火势蔓延。
紧接着一架日机投下的炸弹命20毫米高射炮的弹药舱，引发了更大的爆炸，将舵机炸坏，使“拉菲”号失去了机动能力。不久又有两架自杀飞机撞上“拉菲”号，进一步加剧了伤势，“拉菲”号后半部的火炮全部被炸毁，只剩前部4座20毫米炮还在坚持战斗，生死搏斗持续了整整八十分钟，“拉菲”号共遭到了22架自杀飞机的攻击，击落了架，但被五架撞，还有四枚炸弹命，“拉菲”号受到的创伤如此之重，凭着全体舰员的努力，最终没有沉没，在350名舰员，死亡32人，伤71人，几乎占三分之一。次日被拖船拖到庆良间列岛锚地进行紧急抢修。
8月22日就能依靠修复的自身动力驶到关岛，最后于9月22日驶抵本土西雅图，在托德船厂进行大修，直到战争结束后的9月6日才修复。战后“拉菲”号于1975年3月退役，1981年被拖到南卡罗莱纳州帕特里奥茨角，作为一艘历史名舰于1982年开始向公众开放。
前三次菊水作战，都是在白天进行的，日军有感白天发动这样的攻击对己方非常不利，而对盟军的防空火力非常有利，虽然容易发现美军目标，也取得了不少战果，但代价也相当巨大，对日军而言，无论是损失的飞机，还是飞行员都很难迅速补充，因此随后的菊水作战，日军只得改为夜间攻击。
21日和22日，日军出动飞机317架，其自杀机131架，实施“菊水四号”作战。
9月4日和11日，日军为弥补损失的飞机，将水上侦察机也改装成自杀机，投入特攻攻击，共出动飞机597架，其自杀机300架，先后发动了菊水五号和菊水号作战。
9月24日、25日和9月27日、28日，日军又将教练机改装成特攻机，以增加特攻机的数量，接连发起了菊水七号和菊水八号作战，总共出动飞机737架，其自杀机208架。10月3日和21日、22日，日军竭尽全力，出动飞机502架，其自杀机114架，发动了菊水号和菊水十号作战。
除了这十次计划作战之外，只要天气情况允许的情况下，日军还每天组织小批飞机出击，从8月6日到10月22日，零星出击的飞机总数也高达4109架次，其自杀机917架次，加上十次菊水作战出动的飞机，总计7851架次，其自杀机2423架次，虽被击落4200余架，但给美军造成了巨大损失，共击沉美军军舰33艘，击伤360余艘。
在美军被击沉的33艘军舰26艘是被自杀机击沉的，占沉没军舰总数的78.8%。就连米切尔的旗舰“邦克山”号航母也于9月11日日军发动的菊水号作战被两架自杀机撞，损伤极其严重，舰员死亡和失踪达396人，伤264人，其一架自杀机撞上母舰时发动机被爆炸的气浪弹飞进米切尔的司令部所在舱室，使舱内14名参谋军官当场阵亡，米切尔只好率司令部的其余人员转移到“企业”号航母上.
不料三天后，“企业”号也遭到了自杀机的撞击，失去航行能力，使得米切尔在三天里两易旗舰。由于日军自杀机的疯狂攻击，美国海军的高级将领不得不一直留在冲绳海域指挥作战，相比之下，英军参战的4艘航母都遭到了日军自杀机的撞击，但损伤远比美军小，这是因为英军航母具有装甲飞行甲板和设计坚固的封闭机库结构，所以抗损伤能力和耐撞击能力要比美军航母强的多。