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民国三十四年5月20日，经过三天的休整后，按计划美军一部开始向南推进，以切断日军首里防线。
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5月21日，美军两个陆战师横跨整个岛屿到达东海岸的中城湾，占领岛中部地区，将日军防线一分为二。美军原计划十五天完成的任务，在志愿军的帮助下仅四天就顺利实现。
冲绳岛上的地面战斗因为志愿军的参与和消耗，在5月26日前，美军一直比较顺利，5月28日美军陆战一师和陆战六师攻占首里地区，将日军再次分割为南北两部分后，之后美军兵分两路，海军陆战队第三军向北逐步推进。
北面的第三军在到达冲绳岛颈部前，只遇到微弱的抵抗，直到5月30日才开始遇到日军顽强抵抗，至6月2日将北半部日军基本肃清，陆战一师到达有铭湾，陆战六师则到达最北面的边户崎。
牛岛原本在大本营的一再督促下，准备于6月5日发动对机场总反击，但在6月7日下午，发现那霸附近海面登陆的美军再次增兵，牛岛担心美军会从反击部队的侧后实施登陆，加上他本来对这次反击就不积极，正好以此为借口取消了反击，而将全部兵力用于依托工事进行坚守防御，给美军造成了很大困难。
6月10日日军先以敢死队员怀抱**采取自杀攻击方法炸毁美军坦克，再对失去坦克掩护的美军步兵发起冲锋，美军在日军冲击下，节节败退，死伤将近5000，全凭后续部队的重炮和海空优势火力才将日军攻势遏制。
6月12日，志愿军两个师在首里北约6.5公里处发动大规模进攻，五时四十分，重炮旅炮兵对日军阵地进行了长达四十分钟的炮击，共发射了1.9万发炮弹；接着美军和志愿军联合战队650架飞机也对日军阵地实施了航空火力准备，投下大量的炸弹和凝固**。
此时的战况就像是硫黄岛战斗和庆良间血战的重现，只是日军的兵力和要争夺的面积更多而已。
中美联军在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；文平也把攻占伊江岛的装甲旅调了上去，投入南线。
联军完成调整后，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。最后终于取得了进展，克服了日军的顽强抵抗，突破了牧港防线。
6月15日，牛岛见美军和志愿军步步进逼，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，尤其是首里兵站被孤狼大队给炸毁了，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，给予美军和志愿军更大的杀伤。
最后经过合商由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，接着美军和志愿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。
当天十八时四十分，日军运载“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16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18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16日和17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。
6月18日，美军又投入预备队陆战二师，该师一个团在冲绳岛南端的喜屋武岬附近登陆，协同正面和侧翼友军围歼日军。此时日军的局势已十分被动，遭到全歼只是时间问题了，为了避免不必要的伤亡，巴克纳用明码电报和广播向日军劝降，牛岛根本不为所动，以枪炮射击作为答复。
6月19日，巴克纳中将亲临前线督战，当他在陆战八团团部附近小山上观察部队推进时，日军一发炮弹飞来，四下崩飞的弹片和尖锐的碎石片击中他头部，当场身亡。
要知道日军当时炮火已极其微弱，当天在他到之前，这里几小时都没有遭到过一次炮击，令人不可思议的是，日军第一发炮弹居然就把这位中将集团军司令炸死了，他也就成为美军在整个太平洋战争中阵亡的军衔和职务最高的将领。
6月20日，牛岛在编号第八十九的山洞坑道里向东京发出了最后的诀别电，然后指示部下做最后的决死进攻。
6月22日，联军突破日军的最后防线，攻到了冲绳岛最南端的荒崎，并将残余日军分割成三部分，日军都很清楚，末日就要到来了，在坑道里，卫生兵给伤员注射大剂量的吗啡，使他们平静地死去。盖格乐观地宣布已经肃清了岛上日军有组织的抵抗。
6月23日凌晨四时，牛岛知道美军即将占领他所在的摩文仁坑道，脱下军装，换上和服，与身边的参谋一一干杯，喝完了最后的诀别酒，然后剖腹自杀。
他的参谋长长勇追随他剖腹自杀，还有一些军官也随之集体自杀。至此，日军有组织的抵抗才告平息，而零星日军的抵抗仍在继续，清剿残余日军的工作一直持续到6月底，7月2日，文平与美军尼米兹将军正式宣布冲绳战役结束。
