13时37分，三枚鱼雷命中左舷，海水大量涌入，舰体开始左倾，“大和”号有完善而庞大的注排水系统可以迅速消除舰体倾斜，但一枚450公斤炸弹正巧命中了注排水控制舱，将所有的调节阀门炸毁，无法进行排水，只得采取向右舷对称注水的办法，舰长甚至不等右舷最大的舱室主机舱和主锅炉舱的人员撤出就下令注水，两个舱室数百官兵很快被汹涌而入的海水淹死。总共向右舷注入了3000吨海水，牺牲了数百名舰员和全舰一半的动力，才使舰体稍趋平衡。这时“大和”号只能使用左舷一半的动力运转，航速锐减，再也无法进行有效的机动。即使付出这样巨大的代价，也还没将左倾消除。7分钟后，又有两条鱼雷命中左舷，刚刚有所恢复的左倾再度加剧，而且舵机失灵。“大和”号升起了遇难旗，航速只剩下7节，甲板上到处是弹洞，被炸开的钢板四下翻卷。由于左倾已达15度，大口径高炮已经无法操纵，只有25毫米的机关炮还能勉强射击。
14时2分，一批美机俯冲而下，投下的炸弹有三枚在左舷中部爆炸，使其左倾加大到35度。14时7分，一条鱼雷击中右舷，此时“大和”号上层建筑面目全非，全舰被浓烟烈焰包围，完全丧失了机动能力，防空火力微乎其微，又不能进行机动来规避，沦落到任人宰割的地步。
14时12分，4架美军鱼雷机冲出云层从容实施攻击，如同是在进行鱼雷攻击表演，投下的鱼雷有两枚命中左舷中部和后部。“大和”号升起了紧急求救信号旗，通知驱逐舰靠帮接走舰员。但驱逐舰知道“大和”号弹药舱里近2000发460毫米主炮炮弹只发射了3发，现在随时都有爆炸的可能，都不敢靠近。“大和”号的左倾急剧增大，舰员已经无法站立，很多人不等舰长下达弃舰命令就自行跳海逃生。舰长有贺见此情景，也知道“大和”号已经无可挽救，只得下令弃舰。
14时15分，又有一枚鱼雷击中左舷中部，伤痕遍体的“大和”号再也经受不住打击，左倾达到80度，甲板几乎与海面垂直，终于在14时20分倾覆沉没。此时，460毫米前主炮炮膛里的炮弹滑落下来，撞穿了弹药舱甲板，引爆了舱中的炮弹，剧烈的爆炸将“大和”号舰体炸断，烈焰冲天而起，翻滚的蘑菇状烟柱竟高达1000米，甚至连110海里外鹿儿岛的居民都看到了大爆炸的火光与浓烟，海面上顿时出现一个深达50米的旋涡。不多时，后主炮炮塔里的弹药在水下爆炸，钢铁的碎片从水下飞溅而出，爆炸的气浪连海面上挣扎的水兵都感到一阵窒息。伊藤中将和有贺大佐以下2498名舰员随舰葬身海底，只有269人获救。
在美军攻击“大和”号的同时，部分美机也对“矢矧”号巡洋舰发动了攻击，“矢矧”号已经丧失了机动能力，累计被击中7枚鱼雷和12枚炸弹，于14时5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41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。16时39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。
美军的战列舰、巡洋舰编队还未投入战斗，日军的这支海上特攻舰队就被美军舰载机消灭了。美军共出动舰载机386架次，其中战斗机180架次，轰炸机75架次，鱼雷机131架次，仅有10架被日舰击落。
日本海军在冲绳海域活动的11艘潜艇，由于美军反潜兵力雄厚，警戒严密，未获任何战果反被击沉8艘。至此，日本海军对冲绳岛守军的支援均告失利。
冲绳岛上的地面战斗，在4月8日前一直比较顺利。4月4日美军陆战1师和陆战6师攻占中部地区，将日军分割为南北两部分后，美军就兵分两路，海军陆战队第3军向北，第24军向南，逐步推进。4月21日，全部占领冲绳岛北部地区。
4月16日，攻占庆良间列岛的第77师在冲绳岛西面的伊江岛登陆，经过5天的战斗，于21日将该岛占领。
但陆军第24军对南部地区的进攻却非常艰难。日军在冲绳岛的主力就部署在南部，而且充分利用悬崖峭壁、深沟高谷等险峻地形构筑起坚固隐蔽的防御工事，所以美军进展极其缓慢。牛岛原本在大本营的一再督促下，准备于4月8日发动对机场总反击。但在4月7日下午，发现那霸附近海面有美军数百艘舰船活动，他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。
4月9日，24军推进严重受阻，美军只得将留船预备队第27师投入南线作战。
4月13日，星期五，黑色的日子。美国总统罗斯福在佐治亚州温泉逝世。美军上至上将司令，下至普通一兵，无不感到震惊和悲痛。日军乘机大做文章，大肆散播题为“美国的悲剧”的传单，声称特攻作战将击沉美军所有战舰，并使无数人成为孤儿。日军大本营急不可耐地催促牛岛抓住时机发动反击。牛岛发动了反击，但他并没按照大本营的指示投入全部力量，而是保留了相当部分的兵力，只投入了部分兵力对嘉数高地的美军进行反扑。日军先以敢死队员怀抱炸药采取自杀性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人，全凭后续部队的重炮和海空优势火力才遏制了日军的攻势。
4月19日，美24军三个师从那霸以北约6.5公里处发动大规模进攻。5时40分，海军的6艘战列舰、6艘巡洋舰和8艘驱逐舰先对日军阵地进行猛烈炮击；6时，陆军27个炮兵营对日军阵地进行了长达40分钟的炮击，共发射了1.9万发炮弹；接着海军和陆战队的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汽油弹。在这样猛烈持续的火力打击后，24军发起了进攻。但日军利用坑道躲避美军的轰击，当美军炮火开始延伸、地面部队展开攻击时，才进入阵地迎战，因此美军的攻势一次次被瓦解。日军充分显示了顽强的战斗意志，每一个山头，每一个碉堡，每一个坑道，甚至每一块岩石，美军都必须经过多次血战才能夺取下来。激烈的战斗整整进行了5天，美军的进展总共也不过数米！一切就像是硫磺岛战斗的重现，并且日军的兵力和要争夺的面积更多。
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，以加快作战进程。
4月24日，美军克服日军的顽强抵抗，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到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24小时反攻就被粉碎了。牛岛这次反击得不偿失，损失大量人员，消耗了大量弹药，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10发炮弹。
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道防线。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。
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，这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，或是因为情况变化中途取消，或是因为实力不济反击未果。最终决定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，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24日天18时40分，运载“义烈空降队”的12架飞机陆续起飞，但只有4架于22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7架飞机被击毁，26架飞机被击伤，还有7万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20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，两机场因此瘫痪了近三天三夜。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。
冲绳岛上的激战仍在进行。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10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了。但他想错了，日军困兽之斗反而更加疯狂！牛岛率余部后退了约10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，要战至最后一兵一卒。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。美军还以更猛烈的炮火，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3万余人，大炮也损失过半，弹药更是所剩无几，但仍是死战不退。
6月3日，哈尔西急于从被动挨打的冲绳海域争取主动，一面在冲绳群岛各岛屿设立雷达站，形成早期预警雷达网；一面从菲律宾调来了部分海军陆战队航空兵的战斗机部队，进驻冲绳岛机场。然后亲率第38特混编队北进，袭击日军在九州地区的航空基地。
6月4日，美军陆战6师的两个团在那霸西南的小禄半岛登陆，迂回攻击日军侧背。6月17日，美军又投入预备队陆战2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18日，巴克纳中将亲临前线督战，当他在陆战8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。他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。第10集团军司令由海军陆战队第3军军长盖格少将代理，盖格因此成为指挥最多陆军部队的海军陆战队将军。
6月19日，牛岛在编号第89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，美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。
6月23日凌晨4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。
7月2日，尼米兹正式宣布冲绳战役结束。但日军残部还没彻底肃清，直到战争结束的9月7日，还有日军在坚持战斗。
战役进入尾声后，有相当多的日军放下了武器，这在以前是非常罕见的。6月15日前，两个半月的战斗中，美军总共才俘虏日军322人；而从6月15日到6月30日，日军不仅有个人或小组投降，甚至还有成建制的部队在军官带领下投降，仅海军陆战队第3军就收容日军投降人员4029人。
冲绳战役，从3月18日美军航母编队袭击九州开始，至6月22日冲绳岛战斗基本结束，历时96天，其中在冲绳岛上的激烈战斗就有82天之久。日军包括“大和”号战列舰在内的16艘水面舰艇和8艘潜艇被击沉，约4200架飞机被击落击毁。10万守军除9000余人被俘外，其余全部被歼，冲绳岛的平民有7.5万人死伤。美军有32艘舰船被击沉，368艘被击伤，损失舰载机763架，阵亡1.3万受伤3.6万人，另有2.6万人非战斗伤亡。此役是美军在太平洋战争中伤亡最大的战役。因此，英国首相丘吉尔认为，冲绳战役将以史诗般的战斗，列入世界上最激烈、最著名的战斗而流传后世。
美军以如此巨大的代价攻占冲绳群岛，打开日本本土的西南门户，取得了进攻日本本土的海空基地，为在日本本土登陆作战创造了有利条件。