美军推进至日军主要防线约４５００米前，双方陷入僵持，巴克纳乘机调整部署，将北部的陆战一师和陆战六师调到南线，而将南线的第二十七师调到北半岛，接替两个陆战师的防务；攻占伊江岛的第七十七师接替九十六师，投入南线；九十六师则休整十天，再替换第七师休整。美军完成调整后，以四个师展开攻击，采取两翼包抄战术，迂回夹击日军主要防线，以加快作战进程。
４月２４日，美军终于取得了进展，克服了日军的顽强抵抗，突破了牧港防线。
５月４日，牛岛见美军步步进逼，为争取主动，一反其一直以来所坚持的坚守防御方针，发动了孤注一掷的总反攻，以部分兵力由驳船运送在美军战线后方海岸实施登陆，配合主力从正面发动的攻击，但由于得不到海空军的有力支援，登陆部队在航进途中被美军发现，随即遭到驱逐舰和地面炮火的轰击，还未上岸就被消灭了，正面主攻部队一离开坚固隐蔽的防御工事，立即遭到美军优势炮火的集中轰击，不到二十四小时反攻就被粉碎了。牛岛这次反击得不偿失，损失了大量人员，消耗了大量的弹药，尤其是消耗的弹药难以补充，使日军的弹药储备接近枯竭，牛岛不得不下令节省弹药，每门炮平均每天只有十发炮弹，严重影响了日后的作战。如果牛岛不实施这次反击，那么反击中损失的人员、弹药可以在坚守防御中坚持更多时间，给予美军更大的杀伤。
５月８日，纳粹德国宣布战败投降，冲绳海面的每一艘美军军舰向日军阵地发射三发炮弹，以示祝贺。
美军投入了新型的喷火坦克和重型坦克，冒着日军的枪林弹雨，碾压日军的战壕，冲入日军的阵地，喷火坦克将凝固汽油射入日军隐藏的山洞和坑道，日军终于支撑不住，其防线逐渐被突破，但牛岛随即在夜色和烟雾掩护下，悄然组织部队有序地撤往下一个防线，因此战斗发展成这样一种模式：日军先是凭险死守，接着美军在猛烈火力支援下取得突破，日军后撤到下一道防线再死守，如此周而复始，日军防区逐渐缩小。
由于美军占领了冲绳岛上的嘉手纳和读谷两处机场后，迅速进驻了大量战斗机部队，并以该两处机场为基地频繁出击，对日军的神风特攻作战威胁很大，日军曾多次试图组织反击夺回机场，但或是因为情况变化中途取消，或是因为实力不济反击未果，最终日军决定实施空降突击，机降一支敢死空降分队，破坏机场设施，摧毁机场上停放的飞机，然后利用空降突击的战果，发动一次航空兵的大规模攻击。这次作战由联合舰队司令丰田指挥，从陆军伞兵第一旅抽调了１２０名精锐官兵组成空降分队，由奥山少佐任分队长，代号为“义烈空降队”，由１２架九七式轰炸机运送，作战代号“义号作战”。
５月１９日，奥山和各小队队长以及飞行队长讨论了作战方案，决定奥山指挥三个小队搭乘八架飞机攻击读谷机场，渡边大尉则率领两个小队搭乘四架飞机攻击嘉手纳机场，定于５月２３日发起攻击。由于天气原因，推迟到５月２４日。当天十八时四十分，运载“义烈空降队”的十二架飞机陆续起飞，途中有四架飞机因故障返航或迫降，另有四架飞机在接近冲绳岛时被美军击落，机上所载人员全部丧生，只有四架于二十二时抵达目的地，日机以机腹着陆方式在机场上降落，突击队员不等飞机完全停稳，就从机舱中跳下，向机场上停放的飞机投掷手榴弹和燃烧弹，顿时两处机场都燃起冲天大火，美军守备部队这才反应过来，急忙开火还击，经过短暂交战，在两处机场上降落的突击队员连同机组人员共５６人，全被消灭，美军亡２人，伤１８人，有七架飞机被击毁，二十六架飞机被击伤，还有七万余加仑的航空汽油被烧毁，损失巨大。嘉手纳机场的大火到２６日二十时才被扑灭，读谷机场上的大火更是燃烧了三天三夜，直到２７日早上才被扑灭，这两机场也就因此瘫痪了近三天三夜，可惜２６日和２７日，天气不佳，日军无法利用空降分队创造的有利战机发动航空兵攻击，但日军在如此不利的战局下，特别是基本丧失制空权的情况下敢于实施这样一次敢死空降突击，完全出敌不意，取得了不小战果，其中的经验教训很值得研究。
冲绳岛上的激战仍在进行，美军于５月２７日攻占了那霸，并继续向冲绳岛的首府首里城攻击前进。
５月３１日，美军终于取得了重大进展，突破了日军核心防御地带首里防线，海军陆战队攻入了已是一片废墟的首里城，第十集团军司令巴克纳满心喜悦以为冲绳首府被占领，意味着战斗即将结束，但他的想法大错特错了，日军困兽之斗反而更加疯狂！牛岛率余部后退了约十公里，退到岛南端精心准备的最后防线，这是由两座山峰构成的天然屏障，地势崎岖险峻，日军充分利用地形，筑有巧妙隐蔽的炮位和坑道工事，牛岛决心以此为依托，战至最后一兵一卒。因此日军的抵抗丝毫没有减弱，美军主要依靠喷火坦克开路，不少浑身着火的日军冲出阵地，抱住美军士兵同归于尽，美军前进每一米依然非常艰难，面对日军更加疯狂的抵抗，美军还以更猛烈的炮火，美军的海陆空密集火力对日军据守的岛南部几平方公里地区进行了最猛烈的轰击，日军虽然只剩下三万余人，大炮也损失过半，弹药更是所剩无几，但仍是死战不退。
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