然而，此方案刚出炉两天，据夏威夷情报站破译的一份日军电报表明，日本海军特遣队已在瓜达尔卡纳尔岛登陆，并由工兵在岛上修建机场。
这一突如其来的消息使尼米兹深感震惊，事态一时变得极为紧迫。假如日军建成了机场，从瓜达尔卡纳尔岛起飞的飞机将能够轻而易举地袭击美在附近岛屿的空军基地，美军现有防线将受到严重威胁。显然，美军必须立即更改作战目标，将瓜岛纳入图拉吉、圣克鲁斯群岛的作战计划之中，并在敌军建成机场之前，攻占该岛。
作战规模虽然扩大了，准备时间却不能延长。金上将和尼米兹确定原计划时间一周后，即8月7日为瓜岛登陆日。
尼米兹立即传令亚历山大·范德格里夫特海军少将和第17特混舰队司令弗莱彻，准备进攻瓜岛。
7月31日，由特纳海军少将指挥的南太平洋登陆舰队，满载1.6万名海军陆战队队员，在8艘驱逐舰和1个驱逐舰警戒群以及航空母舰舰载机的护航下，从斐济岛出发，进攻瓜岛。支援和护航编队统由弗莱彻指挥。编队中的航空母舰包括“萨拉托加”号、“黄蜂”号、“企业”号。
8月7日清晨，登陆舰队接近瓜达尔卡纳尔岛，岛上日军毫无防范。日军工兵被美军炮火惊醒之后，迅速放弃营地，撤入热带丛林。8日，美军轻而易举地占领了刚刚建成的瓜岛机场，并取名为“亨德森机场”。黄昏时分，经过激战的美军又成功地攻占了瓜岛以北的图拉吉岛。
两岛告失，震惊了日本朝野。东条首相大骂海军擅自行动，没有争取陆军的援助。军令部总长永野修身海军大将气急败坏地下令：联合舰队必须重克瓜岛，夺回机场。
于是，充满血腥的瓜岛争夺战拉开了战幕。
1942年8月8日，在瓜达尔卡纳尔岛北部爆发了萨沃湾海战，美军南区巡罗队大败，澳大利亚重巡洋舰被击沉，美“芝加哥”号巡洋舰、“帕特森”号驱逐舰被击伤，在北区，美“阿斯托里亚”号巡洋舰被鱼雷击中，美“文森斯”号、“阿斯托里亚”号和“昆西”号均遭重创，相继沉没；“拉尔夫·塔尔伯特”号驱逐舰在警戒时也被击沉。
8月中旬，弗莱彻领导的航空母舰特混舰队正在瓜岛的东南海域活动，担负对所罗门群岛海上交通线的保护任务。8月24日，特混舰队击沉日军轻型航空母舰“龙骧”号，至此，瓜达尔夫纳尔岛战役中的第二次海战，美军称之为“东所罗门群岛海战”开始。此后，美“企业”号航空母舰被重创，弗莱彻的旗舰“萨拉托加”号也被击伤，均返回珍珠港检修。
9月，尼米兹飞往旧金山，与金上将一起举行会议。在那里，尼米兹获知哈尔西接替弗莱彻担任高级战术指挥官，指挥在南太平洋海区美军全部航空母舰作战。
9月中旬，日军沿亨德森机场以南的山岭发起突击。日军未能突破防线，并遭到重大损失。尼米兹责令海军运输部队加速向瓜岛运输物资，使岛上供应情况稍有好转。而正当美军加紧从圣埃斯皮里图岛把海军陆战第7团送往瓜岛时，日军潜艇钻入美国护卫舰中间，相继用鱼雷攻击了航空母舰“黄蜂”号、新型战列舰“北卡罗来纳”号和驱逐舰“奥布赖恩”号。“黄蜂”号供油系统起火，被迫撤离战场，由于火势无法控制，只得用鱼雷将其击沉。“奥布赖恩”号爆炸后沉没，“北卡罗来纳”号在水线以下出现了巨大裂缝，不得不返回珍珠港维修。于是，美军在整个太平洋海域能够进行作战任务的航空母舰只剩下“大黄蜂”号一枝独秀了。
9月25日，尼米兹带领随行人员乘“科罗纳多”水上飞机离开珍珠港。9月28日下午，尼米兹乘坐的水上飞机抵达努美阿。稍事休息，他便在戈姆利的旗舰“亚尔古尼”号上召开联席会议。
会议结束后的第二天，尼米兹乘坐B—17型轰炸机飞赴瓜达尔卡纳尔岛。
10月18日，被任命为南太平洋海区司令的哈尔西抵达努美阿港。在瓜岛争夺处于白热化、登陆美军岌岌可危的时刻，尼米兹起用这种敢打敢拼、勇于进取的将领，收到了扭转战局的奇效。
当哈尔西走马上任之后，尼米兹下令向南太平洋增调大量的兵力，其中有战列舰“印第安纳”号、潜艇24艘、战斗机50架、轰炸机24架，以及陆军第25师。被击伤的“企业”号航空母舰修复后，也返回南太平洋参加战斗，并同位于埃斯比里图岛以东的“大黄蜂”号航母编队取得了联系。
哈尔西命令包括“企业”号和“大黄蜂”号编队在内的主力舰只在圣克鲁斯群岛以北地区进行巡逻，以便从侧翼打击从北面和西北面逼近瓜岛的敌军。10月26日，在圣克鲁斯群岛海域发生了航空母舰激战。美“大黄蜂”号航空母舰被日军击沉。
为了夺得太平洋战场的全面胜利，尼米兹就太平洋舰队的未来发展提出了一整套构想。1942年底，美国已经建成或将要完工的共有22艘航空母舰，用这些舰只组成一支史无前例的大舰队，那时美军将以崭新的姿态出现在太平洋海域。尼米兹打算以这样一支舰队横越太平洋，打开太平洋的交通中轴线。这些地方无大片陆地，只有数百个大岛屿和环礁，可以选择许多目标作为登陆地带及作战基地。
与此同时，麦克阿瑟也提出了带有鲜明个性色彩的方案。该方案建议，以陆军为主力沿着新几内亚进军菲律宾群岛，最终以此为基地，直捣日本本上。在一系列陆军为主攻的跃进中，以海军担任陆军的人员护送和供给服务。
以庞大的太平洋舰队担任陆军的辅助手段，使海军成为陆军随意摆布的工具，这是美舰队总司令金上将和太平洋舰队总司令尼米兹上将无论如何不能苟同的。尼米兹为此辩驳道，麦克阿瑟进攻日本的方案舍近求远，耗损人员和供应，并且将旷日持久。金则认为，这是典型的麦克阿瑟主义，意在突出自己。
金返回华盛顿，向马歇尔汇报了各司令部之间的关系问题，尤其是尼米兹的部属哈尔西进入麦克阿瑟管辖的海区作战之后的有关指挥问题。这是涉及到尼米兹和麦克阿瑟谁高谁下的问题。最后，参谋长联席会议作出妥协，哈尔西在战略上受麦克阿瑟的原则指导，战术上则由他自己决定。
尼米兹为了使自己合理的作战方案能够为参谋长联席会议和他们的各小组委员会所选中，作了许多努力。最后，华盛顿的决定传达下来，他们接受了尼米兹的方案。麦克阿瑟虽竭力反对，也未能劝阻住最高当局。因此，尼米兹的进攻方案为主线，麦克阿瑟则继续从南面进攻。
日军瓜岛惨败后，在俾斯麦海战中又一次遭到重创。此战迫使日本大本营把主要注意力转移到新几内亚方面，并决心集中陆海军力量在这个方向建立作战基地。山本五十六奉命用日本航空兵的精华——航空母舰舰载机去协助海军作战。
于是，从4月7日起，日机空袭瓜岛，矛头对准所罗门方面，接着，又连续空袭了新几内亚的莫尔兹比港等地。这种持续的骚扰性空袭，对美军造成了一定损失，但日军的损失大于美军。4月中旬，山本决定亲自到所罗门群岛北部的日本基地，视察防务并鼓舞士气。
通过情报资料，尼米兹获知这一消息后，立即将这个至关重要的情报通告给了第57特混舰队司令哈尔西将军，请他迅速制定一个能保守这一情报机密的伏击计划。
为慎重起见，尼米兹专门请示华盛顿，征求罗斯福总统的意见。经过诸多高级将领的协商，最后罗斯福总统下令伏击山本五十六。
尼米兹接到“干掉山本”的电报后，马上电令哈尔西不惜一切代价执行行动。
伏击成功主要在于密码分析家破译了日方密码。其实，在此之前，美军已完全掌握了该秘密。
美方为了避免使日方觉察到山本毙命的真相，一直成功地隐瞒了密码被破译的事实。为了麻痹日本人，尼米兹甚至指示美航空兵部队，在伏击山本五十六的地点上空作“例行巡逻”，使日本人误认为山本之死纯属偶然事件。
5.鏖战“活地狱”
美军攻占瓜达尔卡纳尔岛之后，太平洋战区的军事行动出现了一个短暂的间隙。日美双方都利用这段时间密谋策划，酝酿新的攻势。
6月初，尼米兹到旧金山与金上将举行例行会晤。两人讨论了发动中太平洋攻势的问题，他们都倾向于从吉尔伯特群岛而不是从马绍尔群岛向菲律宾推进。接着，尼米兹在霍兰·史密斯将军陪同下，视察了南太平洋海区的情况，同哈尔西和他的参谋人员讨论了进攻新乔治亚的作战计划。
6月18日，尼米兹一行回到珍珠港。参谋长联席会议下达命令，要尼米兹在11月15日进攻马绍尔群岛。为了这次战斗，配给他美军海军陆战第1师、第2师以及南太平洋的全部两栖作战舰只和大部海军部队。
这一计划立即招致麦克阿瑟的抗议，他认为这样部署兵力将瓦解西南太平洋战区的攻势，显然是把中太平洋作为主要进攻路线。他在给马歇尔的电报中建议说：“从全面的战略观点来看，我相信太平洋进攻行动的最有利路线应是从澳大利亚出发经新几内亚到棉兰老岛。”他认为，他的部队沿着新几内亚北部海岸进行两栖作战将绕过敌军据点，并可得到地位非常重要的陆基航空兵的支援。而两条路线同时并进，其结果是将使目标和力量分散，扩大战争，增加伤亡。
尼米兹则认为，部队由舰载航空兵支援，可以迅速越过敌军防御阵地，比岸基战斗机在其作战半径内支援陆军部队更有成效。向中太平洋推进，运输线则更短、更直接，既节省船只，又可威胁日军占领的全部岛屿，最后必将迫使敌人在整个太平洋地区为防卫每一个阵地而分散兵力。
麦克阿瑟举反证说，日军在中途岛的失败，便是进攻防御坚固的岛屿必将付出惨重代价的明证。马歇尔对此虽有同感，但考虑到诸种因素的制约作用，他没有公开支持麦克阿瑟，但同意让麦克阿瑟将军保留老部队陆战第1师，将其用于格洛斯特角登陆。这一决定，使尼米兹提出先打吉尔伯特群岛的建议得到最终确认。因为只有这样，盟军在发动攻势时才能互相支援，麦克阿瑟和哈尔西对腊包尔施加压力，同时尼米兹在中太平洋施加压力。
7月中旬，参谋长联席会议批准太平洋舰队的作战计划，但加进了一个错误的决定。他们命令尼米兹在攻占吉尔伯特群岛的同时，向日军新近占据的瑙鲁岛发动攻势。然而，两岛相距甚远，尼米兹不同意对如此分散的两个目标同时发起进攻。
当哈尔西的南太平洋部队于6月底开始发动中所罗门群岛的攻势时，尼米兹建议他越过日军重点设防的科隆班加拉岛，在远离通道、日军防御力量不强的韦拉拉韦拉岛登陆。这项建议极为有效，登陆部队几乎未遇到任何抵抗就登上了该岛。
8月15日，北太平洋部队也开始进攻基斯卡岛。为攻下该岛，盟军出动了近百艘舰艇运送2.9万名美军士兵和5300名加拿大士兵。在一阵猛烈的轰击后，美军部队乘坐登陆艇进入滩头阵地，最终占领了基斯卡岛。
1944年秋季，中太平洋部队开始转入全面反攻。9月25日在珍珠港举行的海军军事会议上，集中讨论了夺取马绍尔群岛的作战计划，制定了“复苏行动”。
尼米兹迫切希望对吉尔伯特群岛发起进攻，这样就能把日军联合舰队从特鲁克基地引出来。尼米兹全面充实和修订了第5舰队的作战计划，使整个“复苏行动”计划更为系统和完善。11月20日拂晓，所有参战部队均向着吉尔伯特群岛挺进。
吉尔伯特群岛位于马绍尔群岛东南、所罗门群岛东北，由16个珊瑚岛组成，其中以塔拉瓦岛最大，马金岛次之。塔拉瓦岛横跨赤道，介于美、澳两洲交通线上，战略地位十分重要。太平洋战争爆发后，日军占据该岛，并在岛上修筑了坚固的防御工事。至1943年11月，守岛日军总数为4836人。岛上，整个海滩布满混凝土制成的三角体、地雷、珊瑚石礁、蛇蝮式铁丝网等障碍物。障碍物后面是由100多个碉堡、机枪阵地、坦克固定火力点组成的海滩交叉火力网。所有工事都构筑在地下，上面铺着厚达2米的沙石、柳木和波纹钢板，恰似一座壁垒森严的“活地狱”。驻岛部队司令官柴崎海军少将宣称：“美国人用100万人的兵力花100年的时间也拿不下塔拉瓦岛。”
然而，美军中，无论是尼米兹，还是其他战役指挥官对“活地狱”的防御状况都估计不足。美军伤亡惨重。
与此同时，美航空母舰编队也遭到了日军的空袭。日军一架鱼雷机击中“独立”号轻型航空母舰，并使其陷于瘫痪。然而，隐藏在特鲁克岛的日本联合舰队没有按照美国的意愿贸然出击。尼米兹接受托尔斯将军的建议，给斯普鲁恩斯起草了一份“电报指示”，要他给航空母舰编队增加活动自由：“从目前情况看，在‘复苏行动’中对航空母舰编队限制过死。假如航空母舰长时间地继续局限在狭窄的海域里，被敌鱼雷击中的可能性将会增加。应保证航空母舰在执行任务中有更大活动余地。”这样，航空母舰执行保护滩头阵地的任务，不仅要有近距离支援，而且还要设法袭击敌军舰队、基地等主要攻击目标。
最终，吉尔伯特战役以美军胜利而告终，但美方却付出了沉重的代价。海军损失1艘护航航空母舰，另1艘航空母舰受重创，还损失了若干艘其他类型的舰只及90辆两栖坦克。美军在塔拉瓦岛共死亡1090人，伤2101人，在马金岛伤亡达500人。